土工合成材料與土相互作用機理的試驗研究和數值分析.pdf

1、土工合成材料加筋技術在工程中應用越來越廣泛，相關加筋機理、試驗手段及計算方法的研究引起了學術界的關注。本文從試驗設備研制、影響因素分析、機理試驗研究以及數值模擬方法等多方面入手，較為深入而系統(tǒng)地研究了土工格柵與砂土界面力學特性，分析了筋土相互作用機理，初步建立了統(tǒng)一的筋土界面本構關系，開發(fā)了具有一定普遍意義的加筋結構有限差分計算方法。本文獲得的研究成果和結論如下： (1)研制開發(fā)了一套具有先進水平的、可進行大尺寸界面直剪試驗和拉

2、拔試驗的大型多功能界面剪切儀。該儀器可在水平方向和豎直方向實現(xiàn)靜載荷和循環(huán)載荷邊界條件，其配套的PTV系統(tǒng)還可對界面附近土顆粒進行細觀量測，為筋土界面力學特性和相互作用機理研究提供了試驗平臺，同時也可滿足多種界面剪切試驗的要求。 (2)在大型多功能界面剪切儀上進行土工格柵拉拔試驗研究，分析了筋土界面力學特性及其影響因素，包括法向應力、土工格柵類型、試樣長寬比和拉拔速率等。試驗結果表明，上述因素均對筋土界面力學和變形特征產生了不可

3、忽視的影響，研究成果對正確進行土工格柵拉拔試驗、進行土工格柵與土相互作用機理研究具有積極的指導意義。 (3)在常規(guī)設備上進行拉拔試驗，對土工格柵試樣進行特定的裁剪加工，可在拉拔阻力中計算分離出縱肋摩擦阻力和橫肋被動阻力。研究結果表明，被動阻力有著與摩擦阻力不同的作用機理和發(fā)展規(guī)律，且在拉拔阻力中占有較大份額。 (4)利用大型多功能界面剪切儀進行土工格柵拉拔試驗，通過改變試樣的橫肋百分比和縱肋百分比，系統(tǒng)地研究了土工格柵與

4、土相互作用機理。試驗結果顯示，土工格柵橫肋百分比、橫肋所處的位置和縱肋百分比都影響著被動阻力的發(fā)展，同時也就對拉拔力的發(fā)展產生了影響。 (5)首次根據拉拔試驗結果計算獲得了統(tǒng)一的筋土界面本構關系，在FLAC3D的基礎上進行二次開發(fā)，建立了適用于加筋土數值計算的有限差分計算方法，并對土工格柵拉拔試驗進行了數值模擬分析。計算結果在考慮土工格柵的拉伸力學特性的基礎上，準確地描述了筋土界面非線性力學性質和應變軟化的特性，并與試驗結果吻合