风积砂包裹式加筋挡土墙的工程特性研究

摘要

我国沙漠地区建筑材料十分匮乏,但是拥有丰富的风积砂。以风积砂作为填土材料不但取材非常方便,而且还可以很大程度地降低工程的成本。但是风积砂具有颗粒级配不良、保水性差、压实困难、抗剪强度低等缺点,如何提高风积砂的承载力以及对风积砂的压实机理的研究是当前公路建设中迫切需要解决的问题。鉴于此,本文对内蒙古响沙湾地区的风积砂进行了系统的研究,建立了包裹式加筋挡土墙模型,并利用有限元软件ANSYS对所建的实体模型进行了模拟分析。本文主要研究内容包括:
　　1.针对内蒙古响沙湾地区的风积砂特点进行了取样研究,确定了风积砂的天然含水量、颗粒级配曲线、最大干密度、最优含水量等指标。并对风积砂在加水润湿压实状态下和天然状态下分别进行直剪试验,测定风积砂的粘聚力和内摩擦角,并进行了对比分析。
　　2.在已测得风积砂各项指标的基础上,测定土工布和风积砂之间的摩擦系数。根据摩擦原理做一个的试验模型箱,将与土工布接触上下两侧风积砂压实,测定土工布被拉出去所需拉力,并根据土工布与风积砂的接触面积计算每层的摩擦系数,通过改变风积砂的顶部压力和土工布的长度及与风积砂的接触面积多次测量并计算摩擦系数,最后取其平均值。
　　3.比较风积砂在包裹前后的承载能力变化。在包裹式加筋挡土墙模型周围三边的墙体砌好后,分别对风积砂进行包裹后分层压实和未包裹分层压实。根据平板载荷试验的实验步骤测定复合材料的承载力,并且测定风积砂在未包裹状态下的承载力。通过实测数据及荷载与沉降量的p-s曲线,分析并计算包裹前后风积砂的承载能力的变化。
　　4.确定土工布的反包长度及确定包裹层厚度及碾压遍数。根据侧向土压力的计算公式和摩擦实验测定土工布与风积砂的摩擦系数,得到土工布的反包长度计算公式。然后分别对30cm、40cm、50cm的松铺厚度的风积砂进行压实,并检测压实效果,以确定合理的松铺厚度及碾压遍数。
　　5.最后对所建立的实体挡土墙模型进行大面积堆载,并观测其侧向位移变化。利用ANSYS有限元软件进行建模分析,并将有限元计算结果与实验结果进行比较,结果基本吻合。并比较风积砂包裹前后模型的竖向位移和侧向位移的变化,结果表明包裹后挡土墙侧向位移与竖向位移均变小,且侧向位移变化更明显;包裹式加筋挡土墙在自重作用下的最大侧向位移一般分布在挡土墙高度的2/3处,且侧向位移自最大位移处向上面和下面有逐渐减小的趋势,挡土墙外端的最小侧向位移分布在挡土墙的最低端;从各层拉筋的最大拉应力点连线可以看出包裹式加筋挡土墙的破坏界面或潜在的滑移界面形状,近似符合0.3H型;最后对干湿风积砂对挡土墙侧向位移的不同影响进行了对比分析。

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1绪论

1.1课题提出的背景及意义

1.2包裹式加筋风积砂挡土墙的特点和研究现状

1.3本论文主要研究的内容和方法

2内蒙古响沙湾地区风积砂的工程特性研究

2.1风积砂的物理特性

2.2风积砂的抗剪强度

2.3风积砂的松铺厚度及碾压遍数

2.4包裹前后风积砂的承载能力测定

2.5本章小结

3包裹式风积砂加筋挡土墙关键参数的研究

3.1 土工布与风积砂的摩擦系数

3.2土工布的反包长度的计算

3.3本章小结

4包裹式加筋挡土墙有限元分析

4.1包裹式加筋挡土墙有限元分析计算理论

4.2包裹式加筋挡土墙有限元模型的建立

4.3模拟结果与实验结果的对比分析

4.4挡土墙加筋前后侧向位移和竖向位移的对比分析

4.5包裹式加筋挡土墙的侧向位移的分布规律

4.6包裹式加筋挡土墙中筋材的最大拉应力

4.7填土性质对包裹式加筋挡土墙的影响及干湿风积砂的对比

4.8本章小结

5结论与展望

参考文献

在学研究成果

攻读硕士期间参与的科研项目

致谢