土工合成材料加筋土动强度特性试验与数值模拟研究

摘要

近年来，土工合成材料加筋土技术在公路建设过程中得到了广泛应用，但理论水平远远落后于工程实践。实际工程中迫切需要研究在交通等动荷载作用下土工合成材料加筋路基的动强度特性，寻找控制和减小沉降的有效方法。因此建立科学合理的动强度理论计算和数值分析方法，提高公路结构设计与分析水平，具有重要的理论意义和工程应用价值。本文通过动三轴试验及数值分析研究了土和加筋土在循环荷载作用下的动强度特性及变形性状，得到论文的内容及结论如下: (1)通过对土工合成材料加筋土的强度理论和应用进行研究，分析交通荷载作用下土工合成材料加筋土加筋机理及受力作用特点，从而为进行加筋土动强度特性研究奠定理论基础。 (2)通过对不同围压(50KPa，100KPa和150KPa)，不同加筋层数（未加筋，加筋一层和加筋二层）情况下粘土和粉土试样进行动三轴试验，研究了循环荷载作用下土及其加筋土的动强度特性，得到了动强度特性参数随破坏振次的变化规律及其影响因素。 (3)试验结果表明:土与加筋土的动强度随着破坏振次的增加呈衰减趋势，且随着围压的增大而增大;加筋作用对填土的动强度影响作用显著，随着加筋层数的增加，动强度也随之增大;当施加的轴向力偏大时，破坏振动循环次数越少，轴向力设置的较小时，破坏振动循环次数越多。 (4)将粘土和粉土的动三轴试验结果进行对比分析，结果表明:在加筋层数和围压等影响因素一定的条件下，粘土和粉土的动强度随试样破坏时振动次数的关系曲线变化一致，且均试样破坏振次的增加而减小。在相同的动应力作用下，粘土试样比粉土试样先发生破坏。 (5)通过对动三轴试验进行数值模拟，发现土样在试验和模拟中的塑性变形值都随着荷载循环次数的增加而增加，且两者的变化趋势一致，大小十分接近。数值模拟结果表明，用有限元数值方法模拟动三轴试验具有一致性和可行性，这种方法将极大的节省科研时间及人力、财力等。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 土和加筋土动强度特性研究现状

1．2．1 加筋土的发展状况

1．2．2 动强度特性研究现状

1．3 本文研究的主要内容及技术路线

第2章 土工合成材料及加筋土动强度理论研究

2．1 土工合成材料的简介

2．1．1 土工合成材料的分类

2．1．2 土工合成材料的技术标准

2．1．3 土工合成材料的功能

2．1．4 土工合成材料的工程应用

2．2 土的动强度特性概述

2．2．1 动强度的定义

2．2．2 动强度的表示方法

2．2．3 动强度的破坏标准

2．3 加筋土强度理论研究

2．3．1 加筋土分类

2．3．2 加筋机理研究

2．3．3 加筋土的复合材料强度理论

2．4 土动力学强度理论研究概述

2．5 动荷载作用下土的动力本构模型

2．6 本章小结

第3章 土与加筋土的动强度特性三轴试验

3．1 概述

3．2 土的动应力应变关系特性

3．3 动三轴试验方案、原理和步骤

3．3．1 试验方案

3．3．2 试验仪器

3．3．3 动三轴试验原理

3．3．4 仪器的标定及试验的步骤

3．4 试验材料性质及试样制备

3．4．1 试验土样及其物理性质

3．4．2 加筋材料选取和布筋方式

3．4．3 试样制备

3．5 本章小结

第4章 土与加筋土动强度特性试验结果分析

4．1 动强度测定

4．2 动强度与振次N的关系曲线

4．2．1 动强度曲线分析

4．2．2 粘土的动强度τd与破坏振次Nf的关系曲线

4．2．3 粉土的动强度τd与破坏振次Nf的关系曲线

4．3 动强度影响因素分析

4．3．1 动应力幅值在动强度试验中的影响

4．3．2 围压对动强度的影响

4．3．3 加筋层数对动强度的影响

4．3．4 土的类型对动强度影响分析

4．4 本章小结

第5章 动三轴试验的有限元模拟

5．1 概述

5．2 ABAQUS有限元软件简介

5．2．1 基本介绍

5．2．2 ABAQUS模拟基本原理

5．2．3 ABAQUS特点

5．3 数值模拟方案设计

5．4 ABAQUS软件模拟分析三轴试验过程

5．4．1 循环荷载设置

5．4．2 有限元模型建立过程

5．4．3 数值模拟中模型产生塑性变形的过程

5．5 模拟与试验的结果对比分析

5．6 本章小结

第6章 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的学术论文及科研工作

致谢