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粗粒土与土工合成材料界面试验研究及数值模拟

施春虎  
【摘要】:伴随我国经济的不断发展,加筋土技术开始广泛的应用于土木工程建设中。土工合成材料作为一种重要的加筋材料,以其优越的工程特性在加筋土工程实践中被广泛使用,土工合成材料加筋土的筋土界面作用研究也逐渐成为了岩土工程研究的一个热点。虽然国内外学者已经对加筋土筋土界面的相互作用机理进行了大量的研究,但是由于加筋土筋土界面特性的影响因素众多,界面作用机理十分复杂,特别是当前对加筋粗粒土的筋土界面作用机理研究还比较缺乏,仍需对筋土界面特性进行的深入研究。 本文以土工格栅加筋粗粒土三轴室内试验为基础,建立加筋三轴离散元细观数值模型,探讨细观参数(摩擦系数、刚度比和孔隙率)变化对加筋三轴试验宏细观性质的影响,建立宏-细观力学量之间的内在联系,揭示加筋粗粒土土体界面作用的细观规律;研究加筋层数对加筋三轴试样宏细观性质和内部细观组构的影响并应用于指导工程实践。 利用颗粒流PFC3D程序,二次开发类三角非圆颗粒模拟砂土颗粒,建立非圆粗粒土三轴试验模型,将试验结果与纯圆颗粒三轴试样进行对比,分析土体颗粒外在形状对粗粒土三轴试样宏细观性质的影响。 利用设计改良的可视化大型拉拔设备,对加筋粗粒土拉拔试验进行宏细观研究。利用高清数码相机进行筋材拉拔过程进行图像采集,分别考虑粗粒土的粗料含量P5、格栅嵌入长度以及上覆应力的变化对筋土界面性质的影响。运用后处理软件对试验过程中采集的图像进行进一步的处理,研究分析粗粒土加筋拉拔试验过程中,土工合成材料筋土界面附近相应颗粒的运动规律。通过室内试验与颗粒流数值分析的方法对加筋粗粒土筋土界面作用机理进行研究,从宏观和细观两个角度研究试验中筋土界面土体颗粒的运动规律及筋土之间的相互作用,揭示加筋粗粒土的筋土界面作用机理。研究表明,粗料含量、嵌入长度及上覆应力的增加能提高试样峰值拉拔阻力,粗料含量和嵌入长度的变化对试样筋土界面位移场和应变场的发展演化有很大影响。


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