筋土界面特性及軟基上加筋路堤穩(wěn)定性研究.pdf

1、軟基上筑堤最棘手的問題便是軟基處理和工期的矛盾,實踐證明,土工織物加筋墊層聯(lián)合豎向排水體處置軟基路堤是行之有效的措施。開展筋-土界面特性研究是進行加筋結構設計、變形與穩(wěn)定性分析的前期基礎性工作,其中界面強度參數是最關鍵的技術指標。合理的計算方法及工程實踐有賴于對加筋機理的認識,加筋墊層處置軟基路堤的機理仍需進一步研究。傳統(tǒng)極限平衡法存在明顯的不合理性及保守性,考慮加筋機理的改進模型亟待提出。本文通過開展大量的室內試驗和數值模擬工作研究了

2、砂土強度特性、砂-筋界面特性以及軟基上加筋路堤的加筋機理,并結合相關機理建立了改進的整體穩(wěn)定計算模型,主要研究內容和成果如下:
　　(1)砂土強度特性及筋土界面特性研究。利用常規(guī)直剪試驗研究了填筑密度、剪切速率對砂土強度特性的影響。利用拉拔試驗重點研究了拉拔速率對筋-土界面特性的影響規(guī)律和機理,對比了不同填料界面、筋材類型的加筋效果,討論了內摩擦參數的選取。結果表明:密度越大,砂土應變軟化現(xiàn)象越明顯,而剪切速率對砂土強度特性基本無

3、影響。砂-筋界面應力應變關系呈硬化型。界面特性受拉拔速率和法向應力的共同影響,其中拉拔速率的影響比較顯著,與試驗方法、填料性質和筋材類型等因素有關。試驗結果同時表明,試驗速率影響的是嵌鎖、咬合、粘結作用,對摩擦作用基本無影響。與砂土試驗結果相比,可知雖然砂-筋界面摩擦角小于填料本身摩擦角,但當存在較大界面“似黏聚力”時,界面抗剪強度在一定法向應力下可高于砂土。所以,進行加筋設計時須根據界面“似黏聚力”大小合理選擇內摩擦參數。
　　

4、(2)基于筋-土界面特性的軟基上加筋路堤變形與穩(wěn)定性分析。采用有限元法對一典型軟基路堤填筑過程進行了彈塑性固結分析,從應力應變場、筋材拉力和穩(wěn)定性等角度考察了軟基路堤填筑的變形發(fā)展規(guī)律和加筋墊層加固軟基路堤的作用機理,并對比了考慮大變形效應的計算結果,探討了界面強度、填筑速度和考慮間接影響帶機理對計算結果的影響。結果表明:加筋能有效約束地基軟土的剪切變形進而約束路堤側向變形,并提高其在固結階段水平位移的“回籠”能力,能有效降低填筑階段的

5、路堤中心沉降量(但在降低最終沉降量方面不明顯),并使最大豎向位移擴展至路堤中心。由于筋-土界面剪應力的存在,填筑階段淺層地基土的超靜孔壓較無筋路堤明顯上升,但隨著固結逐步趨于一致。加筋后路堤的安全系數有明顯提升,破壞模式發(fā)生改變,改變特征與筋材抗拉強度、界面強度以及地質條件等因素有關。考慮大變形特征后得到中心軸處沉降和坡腳水平位移較小變形結果均有明顯降低。界面強度對界面剪應力水平和穩(wěn)定性有影響,但對加筋路堤的總變形場及筋材拉力基本無影響

6、。填筑速度對無筋路堤有顯著影響,而加筋路堤則可快速填至預定高度。考慮間接影響帶機理后筋材拉力及界面剪應力水平大幅度降低,路堤穩(wěn)定性得到提高。
　　(3)基于極限平衡條件的軟基上加筋路堤的穩(wěn)定性分析。在傳統(tǒng)分析方法的基礎上結合間接影響帶機理建立了改進的加筋路堤整體穩(wěn)定計算模型,對軟基上加筋路堤進行了不同計算方法下的穩(wěn)定性分析。結果表明:基于間接影響帶機理的強度折減法和簡化Bishop法可以體現(xiàn)加筋的作用。強度折減法與簡化Bishop