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本研究以土工格室为研究对象,通过土工格室加筋土的抗弯承载特性和筋土界面特性的试验研究,探讨土上格室加筋土的加固机理。 本研究通过承载力室内模型试验,得到PIV画像解析图片,利用PIV画像解析方法和数字图像处理技术,对地基内部砂的运动,细观结构的图像进行定量和定性分析,得出地基砂土在条形均布荷载作用下,加筋前后各项参数和各种应力、应变场的变化规律。在模型试验中将变形量测系统用于分析加筋地基加载变形破坏的位移、地基内部局部剪应变场的图像,用以研究加筋地基的破坏模式和破坏面发展机理。采用有限元模拟分析地基砂内部的局部应力状态,解析地基砂内外部的应力场、应力路径及内力变化。本研究将基础模型按照实际基础同比例缩小进行加筋土界面特性的试验研究实验,利用拉拔试验装置和位移计测土体内部位移连续变化进程,得到土工格室拉拔抵抗力产生的原理模式图像和土工格栅位移与拉拔抵抗力的分布状况图像,比较分析土工格室和土工格栅的拉拔特性,研究土工格室和土工格栅的位移传递机制。通过静承载力试验和纸状的压力传感器测定应力分布,对补强机理、应力分散效果进行探讨。利用应力测定系统,研究加筋土的网兜效应和抗弯刚性及应力分散效果。 通过现场简易承载力试验比较不同种类补强材料的补果,复核土工格室模型与原型的系统相似定理。
土工格室是 20 世纪80 年代在国际上出现的一种新型三维土工合成材料,它是一种高分子聚合物宽条带经强力焊接而形成的三维网状结构体,伸缩自如,运输时可缩叠起来,使用时张开,并在格室中充填砂、 碎石或粘土等材料,构成具有强大侧向和大刚度的柔性结构层。
目前广泛用于浅层地基处理、坡面防护、城市大型管道支撑等工程同平面结构的土工格栅等相比,土工格室加筋土的优越性是:
①平铺加筋时, 加筋体只是筋材本身;而对土工格室加筋而言,加筋体已变成格室及填料构成的复合体;②平铺加筋的抗拉性能是通过土筋界面摩擦而发挥的;而格室筋材是通过直接限制填料的侧胀而发挥出来的,因而更能利用筋材的抗拉性能;③对格室体而言,土筋摩擦系数就是填料本身的内摩擦系数,因而可以提供比平铺加筋大得多的粘着强度。土工格室处理路基不均匀沉降的作用机理为:由于土工格室对填料提供了较大的侧向约束作用,格室侧壁对填料产生了向上的摩擦支承力,从而形成了一个具有较大弯拉刚度与抗剪强度的复合体。
土工格室在软土地基处理方面的特殊作用,首先表现在它与填土材料形成双面摩擦,有效地限制了因荷载而产生的横向移动趋势;其次,格室与格室直接的反作用更加抵消了部分因荷载而产生横向位移的趋势,从而使其承载能力得到提高,沉降得以减小。
结论
(1)与土工织物、土工格栅和土工布等其它平面型土工合成材料相比,土工格室为立体结构,通过改变格室高度或格室板块的组合型式,能得到刚性、半刚性等性质完全不同的板块。
(2)相对于土工格栅及土工布的平面结构,土工格室由于具有一定的厚度,所以具有抗弯能力,能扩散从上部传递的竖向应力。
(3)土工格室可叠合,较土工格栅、土工布仓储、运输方便。
(4)土工格室是一种新型的土工复合材料,对其加筋结构的作用机理有待进一步深入研究。
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