土工格室低路堤刚性路面结构体系模型试验

拉拔试验能更好的反映加筋土结构中筋材的加筋行为,采用自制的拉拔试验装置来测试高填方路堤的现场砂粒填料与土工格室的界面特性参数,分析土工格室与土的界面摩擦作用,进一步研究土工格室的加筋机理。结合工程实例,对土工格室处治高填方路堤进行现场试验,分析格室在路堤横断面的受力特点以及格室的加筋性能。试验结果表明:土工格室拉拔受力是一个渐进式的过程,随着拉拔位移继续增大,格室后面几排网格依次受到填料的阻力,拉拔界面的剪应力呈台阶式的上升;格室与填料的界面摩擦角大于填料本身的摩擦角,且拉拔系数k大于1.0,格室加筋性能远优其他平面材料的加筋性能;在路堤横断面方向,格室承受拉应力;在新旧路堤搭接处,格室受拉应力最大,是重点需要处治的位置。研究表明格室能有效的约束路堤土的侧向变形,同时土工格室所在层位起到了扩散荷载的作用。

分析了土工格室和土工网加固路基基床的主要机理,介绍了5组不同基床结构的静态原型尺寸模型试验,通过基床结构刚度k30值、应力和变形的测试,验证了土工格室和砂构成的基床垫层在改善基床应力分布、提高基床刚度、减少基床变形等方面的作用,并分析了其随有关因素变化的相关规律,而土工网和砂构成的基床垫层只能十分有限地改善基床的性能。两种材料的试验结果对比表明,与土工网垫层相比,土工格室垫层能够更有效地提高基床以及整个线路结构的刚度和强度

通过离心模型试验揭示了土工格室柔性桥台的变形特性,即未加筋桥台产生的位移明显大于土工格室柔性桥台产生的位移;同时,未加筋桥台产生整体滑移,而土工格室柔性桥台因微裂缝的阻断和错位,台背未见破坏。还分析了土工格室的加筋机理,即土工格室在土体中产生的\"紧箍\"和\"网兜\"作用,有效减少了桥台的侧向位移,抑制了竖向裂缝的产生并阻断其扩大和贯通,大幅提高了土工格室柔性桥台的稳定性。

结合高速公路拓宽工程,采用弹塑性三维数值方法,借助三维薄膜单元模拟土工格室,分析山区高填方加宽路堤的位移与沉降规律,提出优化的格室处治方案,同时进行了现场试验,分析格室处治后路堤深层侧向位移与沉降规律。结果表明:数值模拟与现场试验结果规律相符,高填方路堤在加宽路基自重荷载作用下竖向位移主要集中在加宽路堤的中上部,侧向位移从路基顶面到底部逐渐减少。受上部路堤土俯冲荷载作用,加宽路堤底部侧向位移相对附近土体较大。格室可有效减少高填方加宽路堤的侧向变形及扩散荷载传递。

土工格室能有效减少软土地基上路堤的变形,并增强其稳定性,但对于土工格室加筋土垫层路堤的临界高度还少有研究。采用极限平衡分析方法,假定地基在路堤荷载作用下呈圆弧滑动破坏模式,将格室及其内的填土视为复合体,考虑格室复合体的应力扩散作用和侧向限制作用,提出了路堤临界高度的计算模型,并将该模型值与建立的有限差分模型结果进行对比,然后讨论了格室高度、应力扩散角及格室复合体与地基接触面摩擦系数对路堤临界高度的影响规律。结果表明,理论分析和数值计算结果吻合较好；加筋路堤的临界高度明显大于未加筋路堤的临界高度,并且增加此3种影响因素的取值均能提高路堤的临界高度；同时增强格室的侧向限制作用比提高格室高度和应力扩散角更有利于路堤的稳定。

基于2种格栅和3种加筋层数组成的5种工况进行现场试验,对各种工况下土压力、格栅应变和路堤沉降进行了跟踪观测并比较分析了格栅应变、土压力和沉降的变化规律。结果表明:相同条件下,双向格栅的加筋效果要好于单向格栅;筋材应变初期相对比较大,随着时间的增长,筋材应变呈现减少的趋势,并趋于恒定;加筋区土压力分布均匀,且最大土压力随着加筋层间距的减小而明显变小,加筋对路堤起到了侧限的作用。所得结果为加筋结构的稳定分析与工程实践具有一定的指导意义。

本文通过现场测试及试验分析，并结合相关理论全面系统的研究了土工格栅加筋机理。通过对土压力、路堤沉降及破坏变形、筋带应力测试结果进行了试验对比分析，验证室内试验的研究成果的可靠性。同时本项目的研究成果在工程实践中的成功应用，也为土工格栅加筋结构在季冻地区的设计提供了参考依据。

土工格室是一种新型的土工合成材料,由其组成的柔性结构体系在工程中的应用效果与施工工艺和质量验收标准密切相关,然而,至今尚无较为完整与系统的施工工艺。文章结合近年来土工格室在柔性搭板处治差异沉降技术、柔性筏基加固软弱地基技术、生态柔性挡墙应用技术等方面大量的工程应用实际,系统总结了土工格室柔性结构体系在公路工程应用中的施工工艺与质量验收标准,以期为推广应用提供依据。

应用自行设计的拉伸装置,选用黄土和砂两种填料,并通过片材应变值的测试,开展了土工格室结构层拉伸性状研究,得出了两种不同填料的拉伸特性和拉伸变形规律。结果表明,土工格室结构层拉伸破坏均发生于固定端(作用端)处,焊点强度是其主要控制因素,且土工格室砂结构层拉伸强度远大于黄土结构层;土工格室结构层片材的拉伸应变曲线明显地表现为界面摩擦作用、格室受拉和破坏3个阶段。

本文针对土工格室结构层剪切性状研究成果有限的现状,通过大比尺模型试验方法,研究了不同填料、不同剪切面、不同焊距的土工格室加筋层和未加筋填料的似粘聚力和摩擦角特征。结果表明:土工格室结构层的平面剪切试验与斜面剪切试验相比,由于加筋体的直接参与,斜面剪切强度比平面剪切强度高的多;从提高的强度来说,主要体现在似粘聚力得到提高,内摩擦角提高不大;不同型号的土工格室加筋以后,格室结构层之间的抗剪强度提高幅度无明显区别。

文章通过荷载板试验对不同型号的土工格室粗砂结构层的压缩变形性状进行了研究。并分析了土工格室的高度、焊距对土工格室结构层作用效果的影响。

本文介绍了北海营闸二级公路a段工程no.2合同段的工程概况,并通过该工程的实际施工案例,阐述了对软土地基的现状分析和评价,处理原则和方法,以及采取土工格栅和土工格室处治的施工应用技术。

本文针对湿陷性黄土地区新旧路堤结合不良引起的道路工程病害,采用强夯补强处理后铺设土工格室进行路堤变形处治,通过埋设沉降杯进行现场监测并对监测数据分析研究,寻求湿陷性黄土地区新旧路堤结合处不均匀沉降的解决方法,以减少高速公路加宽运营中的各种工程病害,为今后旧路加宽改造工程的设计、施工提供参考。

为分析不同地基对其加固后的路基竖向承载力和竖向变形的影响,设计并完成了单纯软基、土工格室加筋地基、碎石桩复合地基和土工格室-碎石桩复合地基4组大比例室内模型试验,分析了经格室加筋垫层、碎石桩和土工格室-碎石桩加固后的路基竖向承载力和竖向变形变化规律。结果表明:经土工格室-碎石桩双向增强复合地基处治后的路基承载力大于单一碎石桩复合地基和单一土工格室加筋地基;土工格室加筋垫层具有良好的筏板和应力均化作用,从而使碎石桩桩顶沉降量明显减小,加筋垫层对路堤荷载下桩端沉降的影响不大;路堤荷载下,碎石桩桩顶沉降量小于同平面桩间土沉降量,大于桩端沉降量,以致路堤荷载下复合地基中桩间土先于桩体发生破坏。

为深入研究土工格室碎石垫层-碎石桩复合地基这一新型多元复合地基加固体系的承载力和沉降变形机理,应用量纲分析法推导了土工格室碎石垫层-碎石桩复合地基模型试验的相似准则,根据相似理论设计和完成了3组具有可比性的模型试验,获得大量荷载-沉降、桩土应力比和应力分布数据。试验结果分析表明:在土工格室碎石垫层-碎石桩复合地基这一水平向-竖向多元复合地基共同作用的加固体系中,结合了土工格室碎石垫层的水平向增强体作用和碎石桩的竖向增强体作用;土工格室碎石垫层和碎石桩复合地基相互作用,共同工作构成的荷载传递和支撑体系是其提高承载力,减少沉降和差异沉降的主要机理。

采用自行研制的500mm×500mm×400mm(长×宽×高)大尺寸直剪仪,对土工格室加筋土以及土工格室加筋水泥稳定土的剪切性能进行了试验研究。通过大尺寸直剪试验模拟土工格室加筋土的剪切作用过程,得出加筋土剪切应力与剪切应变关系为非线性确定了土工格室加筋土的抗剪强度指标以及土工格室对土的抗剪强度增强机理,土工格室加筋土的黏聚力提高较大,内摩擦角变化相对较小。通过对素土和掺入量为5%的水泥稳定土进行常规直剪试验、大尺寸直剪试验和三轴压缩试验对比分析,探讨不同试验方法对抗剪强度指标的影响,得出3种试验方法对应的抗剪强度指标及其相对大小;即素土的摩擦角大小依次为:三轴试验小于大尺寸直剪试验小于常规直剪试验,素土的黏聚力大小依次为:大尺寸直剪试验小于三轴试验小于常规直剪试验;水泥稳定土的摩擦角大小为:三轴试验小于大尺寸直剪试验,黏聚力结果比较大小依次为:三轴试验小于大尺寸直剪试验。

由于加筋复合路堤分析中难以直观看到筋材的参数改变对整个工程的稳定性贡献,为了更加深入了解土工格室加筋的效果,设计用有限元分析软件结合强度折减法(strengthreductionmethod,srm)对一个二级公路路堤进行数值计算.首先,对三维建模的不加筋路堤进行srm计算,再用极限平衡方法验证,两种方法得到的结论吻合.这表明更接近实际情况的三维路堤边坡建模分析方法适合在复杂的加筋工况中使用.然后,用此方法分析了铺设土工格室后的路堤稳定性,通过改变土工格室的焊距、埋深、高度、铺设层数来探究材料参数因素与边坡安全系数之间的规律.结果表明,土工格室材料可以起到提高路堤整体稳定性的作用,其中焊距较小、高度较高的土工格室的加筋效果较明显；多层加筋的路堤被破坏时会形成多弧段的破裂面.

通过研究土工格室如何对软土路堤进行加筋,并且应用ansys有限元软件来数值模拟土工格室增强土体的强度。通过添加土工格室前后情况对比,改变土工格室的添加层数进行分析,研究了铺设土工格室对软土路堤的沉降影响以及最优的铺设层数。结果表明,添加土工格室能限制路堤的沉降,使土体稳定性整体提高。

结合山区公路改扩建工程,指出山区高填方新旧路堤容易出现不均匀沉降等问题,根据数值分析结果和现场实际情况,提出采取土工格室处理方案,重点分析了现场施工控制方法与检测标准,并进行了现场新旧路堤搭接段深层侧向位移和沉降观测数据分析。结果表明,严格控制现场施工质量,可保证土工格室所在结构层发挥立体加筋效果,有助于提高新旧路堤的搭接稳定性,降低新旧路堤的不均匀沉降。

由于加筋复合路堤分析中难以直观看到筋材的参数改变对整个工程的稳定性贡献,为了更加深入了解土工格室加筋的效果,设计用有限元分析软件结合强度折减法（strengthreductionmethod,srm）对一个二级公路路堤进行数值计算.首先,对三维建模的不加筋路堤进行srm计算,再用极限平衡方法验证,两种方法得到的结论吻合.这表明更接近实际情况的三维路堤边坡建模分析方法适合在复杂的加筋工况中使用.然后,用此方法分析了铺设土工格室后的路堤稳定性,通过改变土工格室的焊距、埋深、高度、铺设层数来探究材料参数因素与边坡安全系数之间的规律.结果表明,土工格室材料可以起到提高路堤整体稳定性的作用,其中焊距较小、高度较高的土工格室的加筋效果较明显;多层加筋的路堤被破坏时会形成多弧段的破裂面.

为探究荷载作用下软土地基直接拼接拓宽路堤受力和变形特征,利用自行设计制造的模型试验系统,通过改变软土地基差异沉降、土工格栅加铺层数对软土地基高速公路直接拼接路堤进行一系列模型试验,研究各种工况下旧路与新拓宽路堤土中应力变化。试验结果表明,拓宽路堤在荷载作用下新旧路各断面土中竖向应力随着荷载的增大而增大,受路堤填土边坡与下伏地基侧向约束条件的影响,荷载作用下土中竖向应力在填土路堤与地基内沿深度方向呈现先减小、后增大、再减小的分布特征；软土地基拓宽路堤差异沉降对新旧路结合部位土中竖向应力影响较大,土中竖向应力随着差异沉降增大而增大；旧路范围内土中竖向应力受差异沉降的影响不大；在拓宽路堤填土的顶部和底部各布设一层土工格栅加筋层时可明显减小路堤土中竖向应力和路堤沉降:相同荷载作用下对比无加筋路堤,铺设2层土工格栅加筋路堤的顶面沉降最大可以减少62%,土工格栅加筋对软土地基拓宽路堤沉降有较好的控制作用。

结合贵昆线k238段病害路基的整治,采用了砂土夯实桩与土工格室联合作用的基床加固方案。对钢轨中间、轨缝接头不同断面位置在列车重复荷载作用下的长期累积变形进行了观测。测量数据表明,砂土夯实桩与土工格室联合作用能够改善基床的工作性能,减小累积下沉,用于既有线路的基床加固可取得较好的社会经济效益。