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原文传递筋土界面特性及软基上加筋路堤稳定性研究

论文题名：	筋土界面特性及软基上加筋路堤稳定性研究
关键词：	拉拔试验;筋土界面特性;软基加筋路堤;稳定性分析
摘要：	软基上筑堤最棘手的问题便是软基处理和工期的矛盾,实践证明,土工织物加筋垫层联合竖向排水体处置软基路堤是行之有效的措施。开展筋-土界面特性研究是进行加筋结构设计、变形与稳定性分析的前期基础性工作,其中界面强度参数是最关键的技术指标。合理的计算方法及工程实践有赖于对加筋机理的认识,加筋垫层处置软基路堤的机理仍需进一步研究。传统极限平衡法存在明显的不合理性及保守性,考虑加筋机理的改进模型亟待提出。本文通过开展大量的室内试验和数值模拟工作研究了砂土强度特性、砂-筋界面特性以及软基上加筋路堤的加筋机理,并结合相关机理建立了改进的整体稳定计算模型,主要研究内容和成果如下: 　　(1)砂土强度特性及筋土界面特性研究。利用常规直剪试验研究了填筑密度、剪切速率对砂土强度特性的影响。利用拉拔试验重点研究了拉拔速率对筋-土界面特性的影响规律和机理,对比了不同填料界面、筋材类型的加筋效果,讨论了内摩擦参数的选取。结果表明:密度越大,砂土应变软化现象越明显,而剪切速率对砂土强度特性基本无影响。砂-筋界面应力应变关系呈硬化型。界面特性受拉拔速率和法向应力的共同影响,其中拉拔速率的影响比较显著,与试验方法、填料性质和筋材类型等因素有关。试验结果同时表明,试验速率影响的是嵌锁、咬合、粘结作用,对摩擦作用基本无影响。与砂土试验结果相比,可知虽然砂-筋界面摩擦角小于填料本身摩擦角,但当存在较大界面“似黏聚力”时,界面抗剪强度在一定法向应力下可高于砂土。所以,进行加筋设计时须根据界面“似黏聚力”大小合理选择内摩擦参数。　　(2)基于筋-土界面特性的软基上加筋路堤变形与稳定性分析。采用有限元法对一典型软基路堤填筑过程进行了弹塑性固结分析,从应力应变场、筋材拉力和稳定性等角度考察了软基路堤填筑的变形发展规律和加筋垫层加固软基路堤的作用机理,并对比了考虑大变形效应的计算结果,探讨了界面强度、填筑速度和考虑间接影响带机理对计算结果的影响。结果表明:加筋能有效约束地基软土的剪切变形进而约束路堤侧向变形,并提高其在固结阶段水平位移的“回笼”能力,能有效降低填筑阶段的路堤中心沉降量(但在降低最终沉降量方面不明显),并使最大竖向位移扩展至路堤中心。由于筋-土界面剪应力的存在,填筑阶段浅层地基土的超静孔压较无筋路堤明显上升,但随着固结逐步趋于一致。加筋后路堤的安全系数有明显提升,破坏模式发生改变,改变特征与筋材抗拉强度、界面强度以及地质条件等因素有关。考虑大变形特征后得到中心轴处沉降和坡脚水平位移较小变形结果均有明显降低。界面强度对界面剪应力水平和稳定性有影响,但对加筋路堤的总变形场及筋材拉力基本无影响。填筑速度对无筋路堤有显著影响,而加筋路堤则可快速填至预定高度。考虑间接影响带机理后筋材拉力及界面剪应力水平大幅度降低,路堤稳定性得到提高。　　(3)基于极限平衡条件的软基上加筋路堤的稳定性分析。在传统分析方法的基础上结合间接影响带机理建立了改进的加筋路堤整体稳定计算模型,对软基上加筋路堤进行了不同计算方法下的稳定性分析。结果表明:基于间接影响带机理的强度折减法和简化Bishop法可以体现加筋的作用。强度折减法与简化Bishop法有很好的一致性,而瑞典条分法的结果与之有明显差距,安全系数偏低且滑弧可信度不高。强度折减法与简化Bishop法更适合分析加筋对稳定性的贡献。
作者：	黄文彬
专业：	结构工程
导师：	陈晓平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	暨南大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文