抗滑樁聯(lián)合土工格室的岸坡加固機(jī)理及計算模型

抗滑樁聯(lián)合土工格室的岸坡加固機(jī)理及計算模型

　　土工格室是為改善土體或填筑材料在結(jié)構(gòu)和功能方面的特性而設(shè)計的一種三維立體網(wǎng)狀側(cè)向約束加筋體系。在邊坡岸坡的加固中,土工格室一直被作為坡面的防護(hù)材料來使用,限制了其應(yīng)用與發(fā)展。根據(jù)土工格室的這一特點(diǎn),在岸坡加固中,探討了抗滑樁聯(lián)合土工格室的岸坡加固新模式,分析其作用機(jī)理,包括土工格室的緊箍作用及其梁板效應(yīng)、水平摩擦及抗拉拔作用、抗剪作用等;根據(jù)土工格室復(fù)合結(jié)構(gòu)層的特點(diǎn),將其看作具有一定剛度的梁板,建立了抗滑樁聯(lián)合土工格室加固岸坡的計算模型,并進(jìn)行了求解和參數(shù)討論。后,將模型應(yīng)用于實(shí)際工程中,驗(yàn)證了該加固模式和力學(xué)模型的適用性。2005年12月該課題被驗(yàn)收鑒定為國際水平，2007年被中國公路學(xué)會評為交通公路科技進(jìn)步叁等獎。

　　土工格室是20世紀(jì)70年代末80年代初,美國工程師團(tuán)(U.S.Army Corps of Engineers)在對各種網(wǎng)格多孔狀加固形式研究基礎(chǔ)上,為改善土體或填筑材料在結(jié)構(gòu)和功能方面的特性,而開發(fā)出的三維立體網(wǎng)狀側(cè)向約束加筋體系—土工格室側(cè)向約束體系GCS(Geocell Confinement System)。從開始利用鋁箔和浸透樹脂的紙作為格室材料,發(fā)展成為由高分子聚合物寬條帶經(jīng)強(qiáng)力焊接而成。其特點(diǎn)是伸縮自如,施工方便,使用時只需張開格室填充土石材料并壓實(shí)即可形成具有一定厚度的加筋墊層。通過改變格室的深度,格室板塊組合等,可獲得剛性或半剛性的板塊,它廣泛應(yīng)用于軟基處理、邊坡防護(hù)、擋土墻的修建、橋頭跳車的處理、沙漠路基處理、灘頭處理及機(jī)場建設(shè)等。與此同時,對土工格室的理論研究也逐步開展,并取得了一些成果,比較典型的有:Bathurst等根據(jù)Henkel和Gilbertd的橡皮膜理論進(jìn)行了土工格室和土相互作用的研究,得出了土體視黏聚力增加的結(jié)論;Rqjagopalk作了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)分析,證實(shí)了該結(jié)論的正確性。通過改變格室的深度,格室板塊組合等,可獲得剛性或半剛性的板塊,它廣泛應(yīng)用于軟基處理、邊坡防護(hù)、擋土墻的修建、橋頭跳車的處理、沙漠路基處理、灘頭處理及機(jī)場建設(shè)等。

土工格室-碎石樁雙向增強(qiáng)復(fù)合地基大比例室內(nèi)模型試驗(yàn)簡介

土工格室-碎石樁雙向增強(qiáng)復(fù)合地基大比例室內(nèi)模型試驗(yàn)簡介

　　為分析不同地基對其加固后的路基豎向承載力和豎向變形的影響,設(shè)計并完成了單純軟基、土工格室加筋地基、碎石樁復(fù)合地基和土工格室-碎石樁復(fù)合地基4組大比例室內(nèi)模型試驗(yàn),分析了經(jīng)格室加筋墊層、碎石樁和土工格室-碎石樁加固后的路基豎向承載力和豎向變形變化規(guī)律。結(jié)果表明:經(jīng)土工格室-碎石樁雙向增強(qiáng)復(fù)合地基處治后的路基承載力大于單一碎石樁復(fù)合地基和單一土工格室加筋地基;土工格室加筋墊層具有良好的筏板和應(yīng)力均化作用,從而使碎石樁樁頂沉降量明顯減小,加筋墊層對路堤荷載下樁端沉降的影響不大;路堤荷載下,碎石樁樁頂沉降量小于同平面樁間土沉降量,大于樁端沉降量,以致路堤荷載下復(fù)合地基中樁間土先于樁體發(fā)生破壞。為此選擇了兩種具代表性的土工合成材料:土工網(wǎng)和土工格室,采取不同的布置方式或不同的高度,通過室內(nèi)大比例靜態(tài)模型試驗(yàn),對加固基床的效果進(jìn)行了比較分析。

　　隨著對復(fù)合地基理論認(rèn)識的提高以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累,多種形式組合的復(fù)合地基技術(shù)已在軟基處治中日益發(fā)展。由豎向增強(qiáng)體(樁體)和水平向增強(qiáng)體(土工加筋體)聯(lián)合而成的雙向增強(qiáng)復(fù)合地基,因其博采豎向樁體復(fù)合地基和水平向加筋體復(fù)合地基之長,可大幅度提高地基承載力,減少地基沉降量,達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,從而被廣泛應(yīng)用于公路、鐵路等軟基處治工程。試驗(yàn)研究可直接揭示研究對象的某些特性,為理論分析提供良好的基礎(chǔ)。室內(nèi)模型試驗(yàn)具有投資相對較少、時間靈活、影響因素易控制等優(yōu)點(diǎn),成為揭示研究對象工作機(jī)理,探討發(fā)展規(guī)律等的重要手段之一。目前,關(guān)于二維土工合成材料(如土工格柵等)與粘結(jié)材料樁(如混凝土樁等)組成的雙向增強(qiáng)復(fù)合地基的試驗(yàn)研究相對較多,但有關(guān)土工格室(三維土工合成材料)與碎石樁(散體材料樁)組成的雙向增強(qiáng)復(fù)合地基試驗(yàn)研究鮮有文獻(xiàn)報道。試驗(yàn)在室內(nèi)填筑了寬7m、長4m、高1．05～1．55m的路基基床模型，采用5Hz、20-140kN動荷載模擬列車荷載，每組重復(fù)加載150萬次以反映列車對路基基床的重復(fù)荷載作用。陳艷平等曾對土工格室碎石墊層-碎石樁雙向增強(qiáng)復(fù)合地基進(jìn)行過室內(nèi)模型試驗(yàn)研究,但該試驗(yàn)是按近1∶10的比例模擬現(xiàn)場研究對象,存在模型縮尺效應(yīng)等問題。

考慮水平摩阻效應(yīng)的土工格室加筋體受力分析

　考慮水平摩阻效應(yīng)的土工格室加筋體受力分析

　　視土工格室加筋體為置于Winkler彈性地基上的連續(xù)有限長梁,考慮荷載作用下格室體與其上下表面土體之間摩阻力影響,基于傳統(tǒng)的彈性地基梁理論,建立出相應(yīng)的格室加筋體撓曲變形控制微分方程。引入Galerkin法,導(dǎo)出具有對稱荷載作用下格室加筋體的撓曲變形、轉(zhuǎn)角、剪力及彎矩的非線性解析解。進(jìn)而進(jìn)一步分析探討了格室體與土體之間的摩阻效應(yīng)對土工格室加筋體內(nèi)力及位移的影響。結(jié)果表明：水平摩阻效應(yīng)對土工格室加筋體內(nèi)力及位移有一定程度的影響。土工格室是利用具有一定高度的格室片材與其內(nèi)部填充料相互作用構(gòu)成一個三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行加筋，在格室對填料側(cè)向約束作用和格室側(cè)壁對填料的向上摩擦作用的共同影響下，形成一個具有較大抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度的以及抗彎剛度的復(fù)合體。