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土工格室加筋软岩巷道底板试验研究及理论分析

李俊伟  
【摘要】:土工格室是近年来被广泛使用的一种新型特种土工合成材料。土工格室以其空间侧向约束机理使土体表现“似粘聚力”和侧向应力扩散效应,使加筋土体的承载力大大提高。本文以矿山巷道工程为背景,提出采用土工格室加筋石灰—粉煤灰固化软岩泥化物,治理泥岩巷道遇水泥化而形成的泥泞道路,形成无铺面地下运输道路。通过室内配比试验、条带拉伸试验、大型承载板试验及理论分析与数值模拟等方法,开展的主要研究内容及取得成果如下: 通过X-荧光分析试验与扫描电镜(SEM)分析了泥岩的矿物成份和微观结构,揭示了泥岩的泥化机理;并通过对不同配比的石灰、粉煤灰和风干泥化物混合料击实试验得到了石灰—粉煤灰固化泥化物的最优配比(质量百分比)为:1∶2∶7,采用无侧限抗压强度试验分析混合料中泥化物含水量对混合料强度的影响,最优配比下固化物强度随龄期的发展规律及其微观机理,并采用压缩试验、三轴试验等试验方法得到了固化物的物理力学特性。 采用条带拉伸试验法,对高密度聚乙烯(HDPE)窄带进行拉伸试验研究,分析HDPE材料应变率相关的应力~应变特性,得到HDPE材料拉伸模量、最大拉伸应力与应变率的关系,提出应变率相关的应力~应变关系数学模型,并根据实际工程应变特点,详细分析了在小应变条件下HDPE条带的应力应变关系数学模型,给出了模型参数的物理意义,并就所提出的模型与试验结果进行对比分析。 根据土工格室加筋土体的力学机理,采用极限平衡分析法,利用三角形条块法求作用在三角形刚性楔体两滑动剪切面上的被动土压力,并考虑了土—土工格室侧壁相互作用对地基承载力的贡献,以及土工格室膜的“环向应力”效应使土体获得的“似粘聚力”对承载力的贡献,提出土工格室加筋软基承载力公式,与已有的公式进行了对比分析,并采用数值分析和已有模型试验结果,验证了公式的合理性和正确性。 通过单向压缩试验和大型承载板试验深入研究了土工格室加筋土体的承载力特性及加筋机理,分析了土工格室加筋不同填料的承载力特性及破坏模式、加筋复合结构体中土工格室的拉伸应变特性、应力扩散效应、填土对格室侧壁作用力特性以及加筋复合结构体的等效模量计算方法,最后采用塑性力学理论


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