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粗粒土及其加筋作用的力学性能研究

张磊  
【摘要】:在土体中加入筋材进而提高土体强度,增加工程稳定性的方法称为加筋土技术。人们从大量的工程实践中发现使用加筋土技术修建的工程能够有效节省工程占地,减少工程对地基要求、施工简单简便、造型美观且造价低廉。但加筋土筋土作用机理的研究尚待进一步深入。本文提出室内试验和数值模拟相对照的方法研究加筋土的力学性能,而后使用有限元方法研究某高边加筋高挡墙应力分布规律,通过室内试验和数值模拟相结合的方法得出加筋土微观到宏观的力学性能,该方法有效的发挥了目前加筋土研究中的各类方法的优势,得出如下结论: (1)由室内三轴试验结果可知:当在煤矸石中加入一层土工格栅后,其抗剪强度的φ值能提高约15%;离散元方法能够较好的进行室内三轴试验的数值模拟,从微观角度研究发现粗粒土的颗粒刚度比增大会提高土体的峰值应力、初始模量及回弹模量。格栅在低围压下加筋效果好,土体的颗粒级配会影响土体的力学性能。采用平行粘结模型能反应格栅受力及破坏的形态,格栅弹性模量受粘结刚度比的影响较大,受摩擦系数的影响较小。 (2)提出有限单元法分析加筋土力学性能的参数修正方法:按照实际工程中不同填筑部位的土体的实际应力大小,根据试验成果选择复合土体的弹性模量;对于强度参数参照《公路加筋土工程设计规范》将试验获得粘聚力折减0.2,内摩擦角折减1~2o。三维数值模拟计算结果能反应多个剖面的应力和应变特征,便于寻找最危险坡面进行加固,由边坡变形的三维分布使得加筋土的设计能够针对不同的变形情况单独进行筋材的选择从而降低工程成本。 (3)有限元方法整体分析发现加筋后有效应力增大应力集中在边坡底部,整个边坡无拉应力出现。同一高程处应力自挡墙向墙后填土逐渐增大。沉降集中在两侧山谷部位,填土沉降受地形影响明显,在高边坡填土的设计中应注意地形对填土沉降的影响。挡墙加筋后有效减少了边坡的水平向位移,与未加筋状态相比加筋后最大水平位移减少约45%增加了边坡的稳定性。挡墙的水平位移主要发生在挡墙底部墙趾部位,实际施工中应对该处进行加固处理,可有效减少水平位移的发生。 (4)由坡脚处水平位移随填筑高度变化情况,发现挡墙水平位移随填筑高度迅速增加,然后开始减小,在填筑后期随着挡墙高度的增加开始向坡面方向发生倾斜,最大倾斜量为28.6mm发生在第三级墙角处,建议对该墙脚采取加固措施。


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