堆石料中土工格栅拉拔特性试验研究及应用

摘要

土工格栅是一种强度较高、柔性较好的加筋材料，主要由横肋与纵肋组成，具有独特的网状结构，依靠格栅表面与土体之间的摩擦作用和网孔与土体间的嵌锁咬合作用，可明显提高土体的强度以及约束土体的变形。近年，土工格栅越来越多地被应用于高土石坝坝坡的加固，我国青峰岭、冶勒、狮子坪、两河口等已建和在建大坝均采用土工格栅对坝顶区进行了加固。现有的试验研究大多集中于土工格栅与砂土或粘土间的相互作用机理方面，但对于筑坝堆石料，其颗粒尺寸较大，颗粒棱角明显，力学特性与砂土和粘土有明显的差异，目前关于堆石料与土工格栅的拉拔试验研究资料还很少，土工格栅在堆石料中的加筋机理有待进一步研究。
　　本文首先结合国内外多家拉拔试验仪器的研制思路和相关规范要求，对现有的大型直剪仪设备进行了重新设计和改进;采用改进设备对土石坝工程中采用过的三类土工格栅（双向塑料焊接格栅、双向塑料拉伸格栅以及双向经编涤纶格栅）进行了拉拔试验研究，建议了最优格栅;最后结合试验研究，采用弹塑性分析方法分析了土工格栅加固对大坝静、动力变形和坝坡稳定的影响。主要内容和结论如下:
　　(1)依据ASTM(D6706-01)设计加工了适用于大孔径土工格栅及大粒径砂石料的拉拔试验盒及相配套的格栅夹持装置，并制定了拉拔试验方法。
　　(2)拉拔试验结果表明，由于塑料拉伸土工格栅强度较低可能会发生整体断裂破坏，不建议在颗粒尺寸较大的堆石料中采用此类格栅进行抗震加固;塑料焊接土工格栅的节点强度是控制其加筋效果的重要因素，其值与法向荷载的大小无关，可用筋-土界面强度参数csg表征，采用该类格栅进行土体加固时，应当考虑节点破坏对抗滑稳定的影响，建议大坝采用节点强度高的焊接格栅进行抗震加固;涤纶经编格栅经过较大的拉拔位移后，格栅节点未发生剥离破坏，试验初段横肋由于柔度较大产生变形而未发挥阻力作用，拉拔抗力主要由纵肋摩阻力和节点端承阻力提供。
　　(3)对坝顶区域加筋的两河口大坝进行静、动力有限元数值分析，结果表明，静力和中低地震作用下的加筋效果不明显;强震作用下，采取加筋措施可明显减小加筋区域土体的塑性应变及水平向永久变形。
　　(4)大坝有限元动力稳定分析表明，坝坡加筋后的安全系数明显增大，滑移量显著减小;焊接格栅的节点强度对大坝的稳定性影响明显;当焊接格栅与经编格栅的力学及结构参数相近时，建议采用经编格栅对坝项区域进行加固。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 土工格栅的分类

1．2．2 土工格栅的工程应用

1．2．3 研究现状

1．3 本文研究意义和内容

2 拉拔试验设备及试验方法

2．1 引言

2．2 拉拔试验设备与改进设计

2．2．1 国内外试验设备

2．2．2 试验盒设计

2．2．3 夹具设计

2．2．4 试验设备

2．3 试验流程

2．4 小结

3 堆石料中土工格栅的拉拔试验研究

3．1 引言

3．2 拉拔试验中筋-土界面的作用原理

3．3 拉拔试验

3．3．1 试验土料

3．3．2 加筋材料

3．3．3 试验方案

3．4 试验结果及分析

3．4．1 塑料拉伸土工格栅拉拔试验

3．4．2 塑料焊接土工格栅拉拔试验

3．4．3 涤纶经编土工格栅拉拔试验

3．5 小结

4 加筋堆石坝的静、动力数值计算

4．1 引言

4．2 工程实例分析

4．2．1 工程简介

4．2．2 有限元计算模型

4．2．3 材料本构模型及参数

4．3 静、动力数值计算结果及分析

4．3．1 静力计算结果及分析

4．3．2 动力计算结果及分析

4．4 小结

5 加筋坝坡动力有限元稳定分析

5．1 引言

5．2 计算方法及模型参数

5．2．1 动力有限元时程法

5．2．2 Newmark滑块法

5．2．3 基于不同类型格栅的修正方法

5．3 数值计算结果分析

5．3．1 最小安全系数

5．3．2 累积滑移量

5．3．3 计算结果分析

5．4 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢