生态型加筋土挡墙动静力学特性试验研究与数值分析

摘要

生态型加筋土挡墙是集现代加筋土技术与植被护坡技术于一体的新型支挡结构，在实际工程得到越来越广泛的应用。但针对生态型加筋土挡墙的相关研究很少，设计时也是套用传统加筋土挡墙的相关理论与方法，使得理论研究落后于工程实践，制约了生态型加筋土挡墙的推广应用。
　　 本文结合湖南省交通科技项目“高速公路加筋土结构应用技术与示范工程”（编号:200612）和浙江省交通科技项目“柔性生态挡墙在高速公路中应用的专题研究”（编号:2010H08）的研究，以绍诸高速公路加筋土挡墙实体工程为依托，以绿色加筋格宾挡墙和土工格栅包生态袋加筋土挡墙为代表，通过理论分析、室内外试验研究和数值模拟对筋土相互作用机理、生态型加筋土挡墙的破坏失稳机理、动力特性、稳定性分析方法和耐久性进行了系统地研究。
　　 主要研究内容有:
　　 1、通过不同筋材加筋粘土的大三轴试验、直剪试验和拉拔试验，对加筋粘土的强度和筋土界面特性进行研究，分析了平面网状筋材的加筋特点，获得了含水量、加筋间距对加筋粘土抗剪强度影响的计算公式、粘土与不同筋材间的摩擦系数，为工程设计提供了参数。
　　 2、通过模型试验研究了不同工况（普通工况、半挖半填工况）、不同结构（绿色加筋格宾挡墙和土工格栅包生态袋加筋土挡墙）的生态型加筋土挡墙在交通重复荷载作用下的动力特性。获得了不同荷载幅值、频率和加载次数下生态型加筋土挡墙不同部位的加速度、动土压力响应规律，挡墙的竖向和水平向变形的累积变形规律以及筋材累积拉应变增长规律。
　　 3、通过模型试验和数值分析研究了不同工况、不同结构形式的生态型加筋土挡墙的静力特性，获得了生态型加筋土挡墙的变形规律、筋带应变的分布与发展规律、极限承载力、挡墙的失稳破坏方式。
　　 4、以绍诸高速公路K38+325-k38+485路段的绿色加筋格宾挡墙实体工程为原型，通过数值分析研究了车辆荷载作用下生态型加筋土挡墙的动响应特征。
　　 5、在对土工合成材料耐久性损伤规律进行研究的基础上，分析了加筋土挡墙耐久性的主要影响因素，并基于筋材应变控制和加筋土结构侧向变形控制要求，提出了加筋土结构耐久性评估准则，建立了加筋土结构寿命预测方法。
　　 6、基于塑性极限分析的上限法理论，分析了普通工况和半挖半填工况生态型加筋土挡墙的破坏失稳机制，获得了两种工况生态型加筋土挡墙的承载能力计算公式。
　　 7、基于结构系统可靠性理论，建立了加筋土挡墙在不同失效模式下的极限状态方程，分析了各失效模式之间的逻辑关系，提出了加筋土挡墙结构系统可靠度计算方法，并进行了实例分析。
　　 8、提出了加筋土结构稳定性分析的点安全系数法。推导了岩土体、筋材和筋土界面的点安全系数计算公式，建立了筋材的抗拉、抗拔安全系数计算方法，给出了点安全系数法在FLAC3D中实现的步骤和FISH命令，并进行了实例分析。
　　 9、对绿色加筋格宾挡墙进行了现场试验，测试了施工过程中绿色加筋格宾挡墙基底不同方向的土压力、墙内竖向土压力，面墙后侧向土压力、筋材拉应变以及挡墙侧向变形的发展规律。
　　 10、结合试验研究、现场测试和调研成果，对生态型加筋土挡墙的工程应用提出了一些建议。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 加筋土挡墙的研究与应用现状

1．2．1 加筋土技术的发展历程

1．2．2 加筋土挡墙的研究现状

1．2．3 加筋土挡墙的工程应用与技术交流

1．3 生态型加筋土挡墙

1．3．1 生态型加筋土挡墙的概念与特征

1．3．2 生态型加筋土挡墙的研究与应用现状

1．4 研究内容与技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 研究技术路线

第二章 加筋粘土的强度与界面特性试验研究

2．1 引言

2．2 加筋土的大三轴试验

2．2．1 试验简介

2．2．2 加筋粘土的强度特点

2．2．3 粘土加筋效果的影响因素分析

2．3 粘土与土工合成材料的界面摩擦特性试验研究

2．3．1 直剪试验

2．3．2 拉拔试验

2．3．3 基于拉拔试验的筋土界面关系研究

2．4 本章小结

第三章 生态型加筋土挡墙动、静力学特性模型试验

3．1 引言

3．2 模型设计与试验方法

3．3 模型制作

3．4 交通荷载作用下生态型加筋土挡墙的动力特性

3．4．1 普通工况生态型加筋土挡墙的动响应与变形特性分析

3．4．2 半挖半填工况生态型加筋土挡墙的动响应与变形特性分析

3．4．3 两种工况生态型加筋土挡墙的动响应对比

3．5 生态型加筋土挡墙的静力特性

3．5．1 普通工况生态型加筋土挡墙的静力特性试验结果分析

3．5．2 半挖半填工况生态型加筋土挡墙的静力特性试验结果分析

3．6 本童小结

第四章 生态型加筋土挡墙的动、静力学特性数值分析

4．1 引言

4．2 分析方法

4．3 生态型加筋土挡墙静力特性数值分析

4．3．1 模型建立

4．3．2 普通工况生态型加筋土挡墙破坏机理数值分析

4．3．3 半挖半填工况生态型加筋土挡墙破坏机理数值分析

4．4 车辆荷载作用下生态型加筋土挡墙的动力响应数值分析

4．4．1 模型建立

4．4．2 车辆荷载的选取与加载

4．4．3 生态型加筋土挡墙的结构特性

4．4．4 车辆荷载作用下生态型加筋土挡墙的动力响应

4．4．5 车辆荷载对生态型加筋土挡墙动土压力的影响

4．5 本章小结

第五章 加筋土挡墙的耐久性研究

5．1 引言

5．2 土工合成材料的耐久性损伤规律与寿命预测

5．2．1 土工合成材料的耐久性与损伤原因

5．2．2 不同应用条件下土工合成材料的耐久性损伤规律

5．2．3 土工合成材料的耐久性预测

5．3 加筋土挡墙的蠕变耐久性研究

5．3．1 土工合成材料的蠕变规律

5．3．2 加筋土挡墙中筋材的蠕变规律

5．3．3 加筋土挡墙的蠕变耐久性分析

5．3．4 实例分析

5．4 本章小结

第六章 加筋土挡墙稳定性分析方法研究

6．1 引言

6．2 生态型加筋土挡墙极限承载力分析的上限法

6．2．1 塑性极限分析的上限法

6．2．2 普通工况生态型加筋土挡墙极限承载力分析的上限法

6．2．3 半挖半填工况生态型加筋土挡墙极限承载力分析的上限法

6．2．4 实例分析

6．3 加筋土挡墙结构系统稳定的可靠性分析

6．3．1 工程结构系统可靠性分析模型

6．3．2 加筋土挡墙结构系统稳定的可靠性

6．3．3 实例分析

6．4 加筋土挡墙稳定性分析的点安全系数法

6．4．1 点安全系数的定义

6．4．2 点安全系数法在FLAC3D中的实现方法

6．4．3 实例分析

6．5 本章小结

第七章 生态型加筋土挡墙现场试验

7．1 引言

7．2 绿色加筋格宾挡墙现场试验

7．2．1 工程概况

7．2．2 现场试验方案

7．2．3 测试结果与分析

7．3 生态型加筋土挡墙的工程应用建议

7．4 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 研究工作总结

8．2 主要创新点

8．3 展望

参考文献

攻读博士学位期间主要的研究成果

致谢