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《武汉理工大学》 2003年
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土工合成材料加筋地基的极限平衡设计与加筋材料的研究

王协群  
【摘要】: 土本身是一种弱胶结颗粒的集合体,有时它需要一种二维或三维的连续介质去提高其整体性,改善其抗拉、抗剪性能。这种连续介质最理想的就是土工合成材料,它的不同种类以其优越的加筋、排水、隔离、防渗等性能在工程中发挥了重要作用。加筋土技术的发展得益于法国工程师Henry Vidal的工作,他用镀镍条钢作筋材建筑了加筋土挡墙,同时,他还预见到加筋材料可以提高地基的承载力。随着土工合成材料产品的开发,目前使用的筋材类型越来越丰富,性能越来越优越。实践中,加筋地基主要用于堤的软基加筋、油罐和气罐及条形基础的地基加筋。加筋地基的设计内容包括承载力、变形和稳定性计算,故加筋地基的范畴和目的包括增加地基承载力、减小沉降和不均匀沉降,以及提高抗滑稳定性等。 伴随工程实践的增多、加筋土模型试验和设计方法也在发展。但总体来说对加筋机理的研究和效果的评价还不够完善,在设计和施工方法等方面都存在一些课题需进一步研究。目前的状况是应用量大,使用后效果也良好,并且实践远远超前于理论。特别是在浅基础加筋上的应用,到目前为止,估计加筋地基因筋材提高的承载力以及沉降计算尚缺乏实用的公式。还缺少成熟的可写进规程中的加筋土地基的设计方法。本文以国内外一些研究成果为基础,力图在加筋地基的承载力确定、加筋地基设计方法、筋材特性和新型加筋材料的开发等方面做一些工作。 本论文的主要内容如下: (1)介绍了土工合成材料的功能和分类,统计了几种土工合成材料国内外应用情况;较详细论述了土工合成材料加筋土技术的发展及应用;分析了加筋地基的应用和研究现状以及在设计中存在的问题。 (2)对加筋材料的种类、各种材料的特点进行分析,总结其选用原则。可用于浅基础加筋的土工合成材料有土工织物、土工格栅和土工复合材料等;对填土料的取用进行了评价。 (3)论文主要探讨了新型加筋材料电动土工合成材料EKG研制过程中所遇到的材料形式、导电方式、导电性能以及电蚀等问题的解决方法。得出研制出的导电塑料应用于EKG能克服金属在土中导电时的腐蚀。模型试验结果较为满意。 武汉理工大学博士学位论文 并提出了EKG加筋的设计方法。在用于现场固结排水和地基、土坡加筋方面, 尚需进一步进行原型试验研究。 (4)加筋土结构中应用的土工合成材料,其蠕变特性对确定容许抗拉强度至关 重要,对不同聚合物的筋材、对长期强度与变形有具体要求的加筋土结构,都 要给出更准确的蠕变折减系数。文中介绍和研究了不同的蠕变试验手段,比较 了获得两种蠕变曲线的试验方法,并给出了两种蠕变曲线一定范围外推的数据 处理方法;给出怎样根据设计使用年限的长期蠕变强度或容许应变来确定蠕变 折减系数的方法,并用计算实例来说明。 (5)本文探讨了宾奎特法与改进太沙基法,分析了两种方法的不足之处。结合 规范对计算公式进行分析和整理。论文充分利用现有两种方法的成果,避免重 复性试验工作,进一步加深理论分析和研究。 (6)本文从筋材断裂和筋材拔出两种极限状态进行深入分析。运用极限平衡原 理推导出加筋地基极限承载力公式,根据压力扩散线外侧筋材锚固段的平衡推 导出确定筋材长度的公式。其中,公式计算的极限承载力与己发表的模型试验 结果相比较,取得相吻合的结果,表明了这种计算方法的适用性。 (7)加筋地基设计目前存在的问题主要有以下几个方面:一是在加筋土垫层中, 土工合成材料筋材的长度和设计拉力如何确定;二是如何正确估计筋材拉力对 地基承载力的改善;三是运用地基承载力设计公式时,怎样考虑压力扩散和埋 深修正作用。本文提出对上述问题的解决办法,推导出合理的计算公式,将设 计公式和《建筑地基基础设计规范)),以及《建筑地基处理技术规范))结合使用, 建立了加筋土地基较完善和简便的设计方法,包括地基的承载力大小、筋材的 强度和布置要求等。本文提出的设计方法成功应用于湖北省黄石市合兴闸的改 建工程,该实例和设计方法己被多部专著和手册引用。 (8)三维土工格室的承载力计算公式相当缺乏,论文中指出R.M.Koeme:提 出的土工格室承载力计算公式不符合力的平衡原理,并推导出土工格室加筋地 基承载力的改进公式,用算例比较了有无土工格室加筋的效果。
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