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土工格栅蠕变特性及加筋土本构模型研究

李雨舟  
【摘要】: 近年来,加筋土技术日新月异,加筋土结构以施工简捷和造价低廉的优点,在公路工程中得到了广泛的应用,但是加筋土的理论分析与设计滞后于工程实践。过去很多研究中把土工格栅当成弹性材料处理,因而难以考虑作为高分子聚合物的土工格栅在长期荷载作用下产生的蠕变对加筋土结构工作性能的影响。 因此,本文以土工格栅在长期荷载作用下的蠕变特性及其对加筋土结构应力和变形的影响为中心,主要开展了以下试验和理论研究工作: (1)选用国产高密度聚乙烯土工格栅为试验材料,通过土工格栅的蠕变试验,研究其在环境温度和不同荷载条件下的蠕变特性和松弛效应,确定其在一定温度下的长期蠕变强度计算模式。然后,进行以往研究的土工格栅蠕变模型的归纳分类,并评价它们的适用性与可靠性。(2)结合本文土工格栅的蠕变试验结果,建立土工格栅的粘弹性本构模型以及粘弹塑性损伤本构模型,然后基于最优化理论分别求出模型参数,并分析了模型参数对其影响因素的依赖性。(3)建立考虑土工格栅粘弹性的加筋土本构模型,基于最优化理论求解加筋土的本构模型参数,再研究加筋土应力-应变特性随不同影响因素变化而变化的规律。 在开展试验与理论研究的过程中,得到了一些有益的结论,例如: (1)以往研究的土工格栅典型蠕变模型以幂函数型的精度最高。但是,三类典型的蠕变模型都只适合于描述低应力比下的衰减模式蠕变,不适合描述高应力比下的非衰减模式蠕变。(2)土工格栅三参数粘弹性模型能够较准确地反映土工格栅在低应力比情况下的两阶段衰减蠕变特性。考虑材料粘塑性变形以及损伤的蠕变模型而建立的土工格栅粘弹塑性损伤模型,能够较准确地反映其在高应力情况下的三阶段非衰减蠕变特性。(3)加筋土单元中土工格栅的微观应力与其抗拉强度、加筋层间距、土的特性和时间有关;在加筋土单元宏观应力不变时,土工格栅产生应力松弛,使土工格栅单元的微观应力数值逐渐减小,土体单元微观应力的数值逐渐增大,直到加筋土塑性到达时间Tp时,单元的微观应力趋于稳定;土工格栅的模型参数和土体的变形与强度参数对Tp的影响有大有小。 希望本文的研究成果,能够为考虑土工格栅蠕变特性时加筋土结构的应力和变形分析与安全设计,提供一定的参考依据。


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