土工合成材料與土相互作用機(jī)理的試驗(yàn)研究和數(shù)值分析.pdf

1、土工合成材料加筋技術(shù)在工程中應(yīng)用越來越廣泛，相關(guān)加筋機(jī)理、試驗(yàn)手段及計(jì)算方法的研究引起了學(xué)術(shù)界的關(guān)注。本文從試驗(yàn)設(shè)備研制、影響因素分析、機(jī)理試驗(yàn)研究以及數(shù)值模擬方法等多方面入手，較為深入而系統(tǒng)地研究了土工格柵與砂土界面力學(xué)特性，分析了筋土相互作用機(jī)理，初步建立了統(tǒng)一的筋土界面本構(gòu)關(guān)系，開發(fā)了具有一定普遍意義的加筋結(jié)構(gòu)有限差分計(jì)算方法。本文獲得的研究成果和結(jié)論如下： (1)研制開發(fā)了一套具有先進(jìn)水平的、可進(jìn)行大尺寸界面直剪試驗(yàn)和拉

2、拔試驗(yàn)的大型多功能界面剪切儀。該儀器可在水平方向和豎直方向?qū)崿F(xiàn)靜載荷和循環(huán)載荷邊界條件，其配套的PTV系統(tǒng)還可對界面附近土顆粒進(jìn)行細(xì)觀量測，為筋土界面力學(xué)特性和相互作用機(jī)理研究提供了試驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)也可滿足多種界面剪切試驗(yàn)的要求。 (2)在大型多功能界面剪切儀上進(jìn)行土工格柵拉拔試驗(yàn)研究，分析了筋土界面力學(xué)特性及其影響因素，包括法向應(yīng)力、土工格柵類型、試樣長寬比和拉拔速率等。試驗(yàn)結(jié)果表明，上述因素均對筋土界面力學(xué)和變形特征產(chǎn)生了不可

3、忽視的影響，研究成果對正確進(jìn)行土工格柵拉拔試驗(yàn)、進(jìn)行土工格柵與土相互作用機(jī)理研究具有積極的指導(dǎo)意義。 (3)在常規(guī)設(shè)備上進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，對土工格柵試樣進(jìn)行特定的裁剪加工，可在拉拔阻力中計(jì)算分離出縱肋摩擦阻力和橫肋被動(dòng)阻力。研究結(jié)果表明，被動(dòng)阻力有著與摩擦阻力不同的作用機(jī)理和發(fā)展規(guī)律，且在拉拔阻力中占有較大份額。 (4)利用大型多功能界面剪切儀進(jìn)行土工格柵拉拔試驗(yàn)，通過改變試樣的橫肋百分比和縱肋百分比，系統(tǒng)地研究了土工格柵與

4、土相互作用機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果顯示，土工格柵橫肋百分比、橫肋所處的位置和縱肋百分比都影響著被動(dòng)阻力的發(fā)展，同時(shí)也就對拉拔力的發(fā)展產(chǎn)生了影響。 (5)首次根據(jù)拉拔試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算獲得了統(tǒng)一的筋土界面本構(gòu)關(guān)系，在FLAC3D的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，建立了適用于加筋土數(shù)值計(jì)算的有限差分計(jì)算方法，并對土工格柵拉拔試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。計(jì)算結(jié)果在考慮土工格柵的拉伸力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確地描述了筋土界面非線性力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)變軟化的特性，并與試驗(yàn)結(jié)果吻合