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淺析土工格柵加筋碎石墊層中的研究

發布時間:2018-12-24 17:13   閱讀:次   字號:  

為揭示碎石墊層與加筋碎石墊層的工作特性,采用大比例模型試驗,研究了土工格柵對碎石墊層剛度的影響,並采用FLAC3D對模型試驗進行了數值模擬,分析了碎石墊層和加筋碎石墊層的豎向應力場、豎向位移場隨荷載增加的變化規律。研究表明:在相同荷載作用下,加筋碎石墊層的沉降明顯小於碎石墊層的沉降;加筋碎石墊層的豎向應力增量及其影響範圍、沉降影響範圍及沉降量均比碎石墊層的小,並且加筋碎石墊層的應力核心區和零位移區的範圍也有所減小。

複合地基技術的一個基本假定就是使樁體與樁周土共同作用。為了有效發揮複合地基中樁與樁周土的協調變形,有效改善複合地基中樁體的應力分布,黃熙齡先生提出:在承台下設置合適的褥墊層,能有效地調節地基土中的樁一土荷載分擔比,也能充分發揮地基中樁、樁周土的承載性能,從而達到提高複合地基的承載和減小地基沉降的目的。

通常情況下,褥墊層材料為散體材料,如砂、碎石等。但隨著地基處理技術的發展,人們發現單一的砂、石墊層剛度較小,不能很好地適應工程需要。為克服單一材料墊層的這種不足,工程出現了將土工布、土工格柵、土工格室等土工織物置入砂、石墊層中,從而形成了加筋墊層。加筋墊層技術在工程中取得了良好的經濟效益,引起了廣大研究人員的高度重視。
褥墊層的工作性狀對複合地基的諸多工作特性均有較大影響,加筋墊層更是如此,如加筋墊層的厚度、土工合成材料的剛度、加筋層數、加筋位置等都對複合地基的承載力及沉降具有影響。盡管國內外針對砂、石墊層及加筋墊層均有過一定研究,然而由於墊層工作的複雜性和工作條件的多變性,將采用模型試驗和數值模擬相結合的方法,研究剛性基礎下墊層與加筋墊層的工作性狀,探討不同墊層厚度、土工格柵層數、土工格柵布置位置等因素對墊層及加筋墊層應力場與位移場的影響,為加筋墊層的優化設計提供參考依據。
為探討剛性基礎下碎石墊層與土工格柵加筋墊層的工作性狀方麵的差異,共進行了2個模型靜載試驗。模型試驗在長×寬×高為1.5×1.5×0.5m的鋼製模型箱中進行,模型箱內分層采用動力夯實(壓實度控製在90%左右)的方法分層鋪設碎石。碎石粒徑級配控製在10~20mm範圍內。
土工格柵采用番茄app公司生產的雙向聚丙烯土工格柵,試驗用土工格柵的尺寸為1.0×1.0m。載荷板采用20mm厚的鋼板,其邊長為70.7cm。載荷板的沉降觀測采用千分表。靜載試驗嚴格按《建築地基處理技術規範》(JGJ79-2002)進行。為能更好地分析碎石墊層的工作性狀,深入研究墊層參數變化對墊層應力場和位移場的影響,采用FLAC3D通過編寫命令流對剛性基礎下的碎石墊層進行三維數值模擬,分析各參數變化對碎石墊層、加筋碎石墊層的應力場和位移場的影響。
土工格柵計算單元選取:格柵單元在實際工作中隻能承受拉應力,不具有抗壓性能和抗彎剛度。許多研究表明:土工格柵可看成是隻有軸向變形的一維單元,在一定荷載作用下的應力-應變關係還處在線彈性範圍內。根據已有研究基礎與成果,土工格柵單元被視為薄膜單元,故其本構關係選取線彈性計算模型。   
1)隨著荷載的增加,載荷板下方墊層的應力持續增大,而載荷板垂直作用範圍外的墊層應力有所增加,但增加的幅度很小;

2)若將墊層中豎向應力大於或等於上部荷載值的區域定義為應力核心區(以下稱“核心區”),則核心區的範圍隨著荷載的增加而減小;在較小荷載下(20kPa),加筋碎石墊層核心區與碎石墊層的核心區差別不大(約為墊層麵積的27%),但隨著荷載的增加,加筋碎石墊層的核心區就有較大幅度(約為10%~20%)的減小,而碎石墊層核心區的減小幅度(約為3%~8%)的減小,且應力值均小於相同厚度碎石墊層的應力值。

以上情況說明:土工格柵能有效地調整碎石墊層的應力分布,土工格柵能較好地改善軟土地基工作性狀,能有效地提高散體材料樁的承載力,減小地基沉降,並且通過增加格柵數量和減小格柵的間距能更好地發揮其工程性狀;土工合成材料加筋砂墊層能有效減小軟土地基在上部路堤荷載作用下的沉降變形。

荷載作用下,墊層沉降深度方向的逐漸減小,墊層頂部的沉降最大(等於載荷板的沉降量),墊層底部一定範圍內的沒有產生沉降(以下稱“零位移區”);隨著荷載的增加,墊層的沉降範圍不斷增加,而零位移區的範圍幾乎沒有增加;以載荷板為中心,沿水平方向墊層深部的沉降變化呈“W”型,且隨荷載的增加,沿深度方向墊層這種沉降變化的幅度越大;隨著土工格柵的置入,10cm厚加筋墊層的沉降範圍及深層沉降量均較同厚度碎石墊層的小,且零位移區的範圍幾乎沒發生變化。

以上情況說明:土工格柵能有效地調整碎石墊層的沉降影響範圍及沉降量,土工格柵能有效地提高墊層剛度,在相同荷載作用下,加筋碎石墊層的沉降明顯小於碎石墊層的沉降;加筋碎石墊層的豎向應力增量及其影響範圍、沉降影響範圍及沉降量均比碎石墊層的小,應力核心區和零位移區的範圍也有所減小,但幅度較小。

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