土工带加筋碎石垫层地基的试验、应用及理论研究

摘要

根据土工带加筋碎石土和素碎石土的室内、外试验结果，分析不同加筋参数对建筑加筋垫层地基工作性状的影响，通过理论研究与工程应用，提出了实用的土工带加筋垫层地基承载力计算公式，为加筋技术在建筑地基中的应用提供了试验和理论研究基础。 第一，在大型静力三轴试验中首次采用与实际工程完全一样的土工筋带加筋，试验真实地反应了实际工程中加筋土体的应力-应变特性。并在国内首次进行建筑地基加筋的现场原位大尺寸载荷试验，探讨加筋参数对垫层底的土压力分布、土工筋带应力及加筋地基承载力的影响。 第二，通过试验结果的研究分析和实际工程应用，提出实用的土工带加筋垫层地基承载力计算公式，该公式全面反映了加筋参数，诸如：筋材、加筋层数、首层加筋间距、加筋间距、加筋线密度等对加筋垫层地基承载力的影响，该公式对条形基础、矩形基础均适用。 第三，从试验结果发现：(1)加筋碎石土的本构关系符合邓肯-张双曲线非线性模型，加筋土强度服从“准粘聚力”原理，加筋土与素碎石土的强度包线几乎平行，内摩擦角基本相等，加筋土较素碎石土的抗剪强度提高一“准粘聚力”。(2)素碎石垫层加筋后，加筋垫层应力扩散明显增强，加筋复合地基承载力提高，沉降减小。因此建议土工带加筋垫层的应力扩散角可不受《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中，Z/B＜0.25时应力扩散角θ=0的限制。(3)不是筋材极限抗拉强度越大加筋效果越好，加筋效果与加筋参数、筋材及围压有关，影响加筋效果的加筋参数依次为：筋材性质、加筋层数、首层加筋间距、加筋间距、加筋线密度。(4)通过试验研究、理论分析结合工程应用，提出太原地区软弱土地基TG玻塑筋带最优加筋参数：N=2；U=0.17Z；H=0.33Z；LDR=33.3％(Z为加筋垫层厚度)。 最后，采用复合模量法对土工带加筋垫层复合地基进行非线性有限元分析，把加筋垫层看成具有单一复合模量且本构关系符合邓肯-张非线性模型的加筋复合土体，周围土采用Drucker-Prager弹塑性模型。通过有限元分析，讨论了不同加筋参数下加筋垫层地基的强度-变形关系及垫层底的土压力分布，并将有限元计算结果和现场原位试验实测结果进行对比，具有良好的一致性，验证了有限元计算模型的正确性和计算参数的合理性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：文中符号说明

第一章概述

1.1加筋技术的应用与发展

1.2加筋技术的研究现状

1.2.1加筋土的试验研究

1.2.2加筋材料与填土间界面的摩擦特性研究

1.2.3加筋材料的蠕变和耐久性研究

1.2.4加筋地基的计算模型研究

1.2.5加筋地基承载力的研究

1.3加筋技术在建筑地基工程中应用

1.4本课题的研究意义及主要内容

第二章土工带加筋碎石土的大直径静力三轴试验

2.1试验概况

2.2试验方案

2.3试验结果及分析

2.3.1土工带加筋碎石土的应力-应变关系

2.3.2土工带加筋碎石土的抗剪强度

2.3.3土工带加筋碎石土的本构关系

2.3.4模量比与强度比的关系

2.4本章小结

第三章土工筋碎石垫层的原位试验

3.1试验概况

3.2试验方案

3.3试验结果及分析

3.3.1加筋参数对地基承载力的影响

3.3.2土工加筋带对垫层底土压力分布的影响

3.3.3土工加筋带对地基应力扩散影响的讨论

3.4极限稳定时加筋带拉力设计值的估算

3.4.1加筋参数与加筋带应力的关系

3.4.2极限稳定时加筋带拉力设计值的估算

3.5现场原位试验与室内静力三轴试验的比较

3.6本章小结

第四章土工带加筋垫层地基承载力的实用计算方法

4.1土工带加筋垫层地基的传力机制

4.2土工带加筋垫层地基承载力的实用计算

4.2.1加筋垫层承载力的计算

4.2.2加筋垫层下的土层承载力计算

4.2.3土工带加筋垫层地基承载力的简化计算表达式

4.3工程实例

4.4工程实测的验算

4.5土工带加筋垫层设计方法的探讨

4.6本章小结

第五章土工带加筋垫层地基的有限元数值计算

5.1有限元数值计算模型的建立

5.1.1物理模型

5.1.2本构模型

5.1.3材料参数

5.1.4边界条件和有限元网格划分及荷载施加

5.2有限元数值分析计算

5.2.1周围土的有限元数值分析

5.2.2加筋垫层的有限元数值分析

5.3有限元计算与现场试验结果的比较

5.3.1有限元计算与现场实测的P-S曲线比较

5.3.2有限元计算与现场实测的垫层底土压力分布的比较

5.4加筋垫层地基有限元数值计算与分析

5.4.1加筋垫层地基的影响范围

5.4.2合理的加筋垫层上下限值

5.5本章小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

附图

致谢

攻读学位期间完成的科研工作和发表的学术论文及成果

论文独创性说明

太原理工大学土木工程系岩土工程学科历届博士学位论文题目