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原文传递土工格室加固砂土力学特性试验研究及有限元分析

论文题名：	土工格室加固砂土力学特性试验研究及有限元分析
关键词：	土工格室;有限元分析;风积沙地基;模型试验;有限元;力学特性
摘要：	土工格室作为一种三维的网状结构材料，与平面加筋材料相比提高了对土体的侧限作用，能够有效加固粘性较低的砂土，且在基础建设中应用广泛，特别是软弱地基和边坡防护的施工。但目前国内外对土工格室加固机理和技术的研究还不充分。因此，针对土工格室加固砂土的力学性能、变形规律以及土工格室加固边坡的工程效果做了以下研究：　　（1）通过扫描电镜（SEM）试验、筛分试验、击实试验、土工格室条带拉伸试验及大型三轴试验，分析砂土及土工格室的基本特性，风积沙与加筋风积沙的应力-应变特性、抗剪强度，并对比分析加筋效果，为数值模拟提供本构模型参数。试验表明：风积沙地基、土工格室加筋风积沙地基的本构模型符合邓肯-张模型，不同围压下风积沙和土工格室加筋风积沙的应力-应变曲线表现为应变软化型；峰值状态用邓肯-张模型可以很好地拟合其关系曲线；土工格室的加筋效果可以使风积沙的强度提高1.37~1.82倍左右。　　（2）通过模型试验对土工格室在不同埋深、不同格室加固层数、不同加载板形状及当量换填厚度砾类土下的地基沉降量、应力分布、位移大小及格室应变进行研究，并对加固效果进行对比分析；探究土工格室加固风积沙地基的合理结构形式。试验表明：正方形加载板施压的承载力高于同面积的圆形和长方形；单层加固格室埋深为0.3倍基础宽度时加固效果最好，且增加格室层数可有效提高地基承载力2～4倍。土工格室加固风积沙地基离基底越远，应力扩散效果越明显，在一定情况下，单层格室加固时，格室埋深越浅受力越不均匀，越容易发生破坏；多层格室加固时，下层土工格室受力更小；在试验基础上对换填砾类土厚度公式进行修正，得出土工格室加固风积沙的砾类土当量换填厚度。　　（3）结合模型试验，利用MidasGTSNX建立同比例三维模型，分别模拟不同工况下地基的沉降、土压力，以及土工格室应变的变化规律，试验和模拟进行对比分析，并比较相同条件下土工格室加固风积沙与等效筋土复合结构的模拟，从而验证加固机理模型。结果表明：模拟值与试验值变形规律基本一致，地基的破坏形式主要与土工格室加固层位置和土工格室铺设层数有关；土工格室可以在地基中形成筏板效应和网兜效应，扩散地基中的竖向荷载；单层加固时，土工格室埋深越深，应力扩散效应发挥越小；多层加固情况下，土工格室层数越多，应力扩散效果发挥越好；两种模型模型受力范围和变形大小基本一致，均可以模拟土工格室加固风积沙地基土压力扩散效应。　　（4）依托实体工程，利用MidasGTSNX建立锚杆-土工格室复合结构防护边坡三维有限元模型，采用强度折减理论法分别对未加筋、加锚杆、加土工格室、加锚杆和土工格室的边坡进行敏感性分析，研究了加固措施、填料参数，格室高度和边坡加筋宽度对边坡稳定性的影响。结果表明：采用锚杆-土工格室复合结构防护能很好地提高边坡的稳定性；填土内摩擦角对边坡稳定性影响比黏聚力更敏感；随着边坡加筋宽度的增加，安全系数先增大后减小。研究成果对不稳定裸露边坡加固设计和施工具有一定指导意义。
作者：	王艳坤
专业：	工程
导师：	宋玲;刘杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	石河子大学
学位年度：	2022