土工格室加筋土结构机理研究文献综述

 2023-08-16 02:08
  1. 文献综述(或调研报告):

在研究土工合成材料加筋路堤方面,国内外许多工作者做出了大量研究成果,已经形成了对于土工织物加筋路堤比较成熟的研究方法,研究成果趋向成熟和完善,并且试验方法也基本上能够达到标准化。但是,在土工格室加筋效果的研究方面,国内的相关研究还是比较少的,并且用于特殊地基情况下的研究也需要不断完善。近几年,土工格室的性能引起了世界各国的广泛关注,它对于承载能力的大幅度增强和易于运输、使用灵活的特点,促使道路研究者对此方向开展了深入研究。

土体都具有一定的抗压和抗剪强度,而它们的抗拉强度却很低。在土内掺人或铺设适当的加筋材料,可以不同程度地改善土体的强度与变形性态。这一感性认识早为古代劳动人民所掌握,并应用于实践。例如公元前2500年古罗马人就用编织的芦苇在软基上筑路;中国汉武帝时用草枝混杂在土内筑造长城;劳动人民将草、麻拌在土内夯造土墙的技术甚至流传至今。不过这些加筋材料基本上都是利用天然纤维,并且完全依靠经验来指导实践。可见,土的“加筋”概念由来久远,而将加筋概念上升为理论,则要归功于本世纪60年代法国工程师H·维达尔(Vidal)[1]。;他开创“加筋土”(reinforced earth)技术,分析了加筋的机理,并为土的“加筋”提供了一套分析计算方法,从而为加筋技术开辟了更广阔的应用前景,提出: 在土体中加筋,以筋材做为抗拉构件,在土筋受力变形过程中,由于筋材与土体的变形模量不同, 它们之间有相互错动的趋势或发生了相互错动,在它们的接触面上相互产生摩擦作用,摩擦阻力限制了土体的侧向变形,增加了土体的整体抗剪强度。

Dennes T. Bergado,Pham V. Long, B.R. Srinivasa Murthy[2]第一次通过实验证明了土工织物对于路基稳定性的作用,通过实例分析和有限元理论分析,提出了软土地基上高强度土工织物加筋路堤的两步破坏机理。地基土的主要破坏可能发生在与先前破坏的未加固路堤相同的变形中。土工织物加筋的破裂或拉出可能会引起路堤和地基整体的二次破坏或崩塌。其研究的结果还证明,土工织物中的临界应变与地基土的初次破坏不太依赖于土工织物的刚度和地基条件。

周华保[3]认为在路堤下采用加筋垫层这项新技术作为一种经济有效的方法是很有发展潜力的。为了研究不同种类或层数的土工合成材料加筋垫层对建于软基上路堤沉降量的影响。进行了四组对照试验,还阐述了土工格栅和土工格室性能的差异以及对软土地基刚度的影响。

韩明[4]在本文通过建立在平面应变条件下平面加筋材料-土工格栅和立体加筋材料-土工格室 加筋路堤数字模型,利用有限单元法全面深入对比分析了这两种加筋材料加筋路堤的性状。 这其中包括在不同地基软土层厚度这两种加筋路堤变形和强度特征。通过对加筋路堤竖向位 移、水平位移、地基中应力变化、孔隙水压力变化、加筋体拉力变化等做对比分析,得出立体加筋材料加筋效果要优于平面加筋材料加筋效果。

金家庆、徐 超、梁 程[5]等人在采用土工格室加筋垫层提高软土地基上填方路堤的稳定性已得到认可的基础上进一步破坏模式和稳定性分析方法研究其破坏模式和稳定性分析方法。通过室内物理模拟试验,识别软土地基上无筋垫层路堤、土工格栅加筋垫层路堤和土工格室加筋垫层路堤的失效模式,并在此基础上探讨土工格室加筋垫层路堤的稳定性和临界填筑高度分析方法。作者得出:软土地基上无筋垫层路堤和土工格栅加筋垫层路堤发生穿过垫层的圆弧滑动破坏; 土工格室加筋垫层路堤呈整体破坏模式,滑动面虽呈似圆弧状但未穿过加筋垫层,破裂面在软土地基中形成和发展,而且位置更深。在识别破坏模式的基础上,通过土工格室加筋垫层的工作机理分析,提出了软土地基上土工格室加筋垫层路堤稳定性和临界填筑高度分析方法。

高昂[6]通过土工格室加筋路堤模型试验,进行土工格室的动力特性实验表明:土工格室加筋可以显著提高静载下路堤的极限承载力并能有效抑制路堤竖向和侧向累积变形,随着加筋层数增加和格室高度增大这种抑制效果更加显著。格室焊距也可在一定程度上影响路堤静载下极限承载力但对坡面侧向累积变形限制效果不大。长期循环荷载作用下加筋层数对路堤竖向累积变形影响不大而格室高度增大或格室焊距减小则可不同程度减小路堤竖向累积变形和侧向累积变形。静载下路堤模型内部竖向变形和侧向变形云图均受加筋影响比较明显,特别是路堤内部区域侧向变形受到加筋影响较大。加载板中轴线处的竖向和侧向变形受加筋影响较大,加筋层可在一定程度上分散竖向集中变形。土工格室的侧限作用可以明显减小路堤各个位置的侧向土压力, 侧向土压力在纵向分布大致相同,横向变化比较明显。动载下路堤竖向累积沉降量随振次变化的趋势与试验值基本一致,振次越大竖向累积变形和坡面水平累积变形均随之增大,加筋层数和格室高度对坡面侧向变形抑制效果优于焊距改变的效果。随着振次增大,各加筋工况路堤侧向土压力在各个位置均随之增大。静载和动载作用下土工格室加筋均可起到应力分散和柔性筏基的效果。

纵观国内外对于土工合成材料的研究,已经在作用机理、具体效果、土工合成材料的具体选择和其各项参数对于加筋效果的影响上取得了比较成熟的成果,但是对于土工格室的三维结构与平面加筋结构的具体机理差异还没有归纳总结。

参考文献:

  1. 土工合成材料工程应用手册(第二版).中国建筑工业出版社.2000.
  2. Dennes T. Bergadoa, Pham V. Longb, A case study of geotextile-reinforced embankment on soft ground. Geotextiles and Geomenbrane,2002
  3. 周华保.加筋砂垫层处理软基的室内大模型试验及分析.西南交通大学硕士论文.2001.
  4. 韩明,高速公路软土地基土工格室加筋路堤研究.东南大学硕士论文.2004.

[5] 金家庆、徐 超、梁 程,土工格室加筋垫层路堤破坏模式和稳定性评价.1000-3665( 2019) 01-0086-09 .

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