考虑时间效应的软土地基上加筋土挡墙性能研究

论文摘要

加筋土挡墙出现以来,因其廉价美观、抗震性能好、对地基变形适应性大等多方面的优点而得到广泛重视和推广应用。我国的珠江三角洲和长江三角洲等区域软土地基分布广泛,工程建设中不可避免会有挡土墙结构建造在软土地基上。然而,目前对软土地基上加筋土挡土墙的加固机理、设计方法以及加筋土挡墙长期性能的都认识很少,设计理论与方法远远落后于工程实践。因此,开展软土地基上加筋土挡墙的长期工作特性研究具有现实的迫切性和必要性。本文采用试验和数值分析方法,在以下几个方面开展系统研究,取得对工程实践有参考价值和推广意义的成果:首先,以双向土工格栅和单向土工格栅作为研究对象,通过室内蠕变试验研究了土工格栅的蠕变特性,并结合试验所得的蠕变参数建立考虑蠕变效应和松弛效应的本构模型。其次,对软土原状土样进行了三轴压缩试验和三轴蠕变试验,研究了软土的固结蠕变特性,并结合试验所得的蠕变参数建立软土固结蠕变的本构模型。最后,结合室内试验研究所建立的本构模型,采用有限元法,对一座软土地基上的加筋土挡墙实例工程的工作特性进行了数值分析,研究了加筋土挡墙面板侧向位移、填土表面沉降、地基表面沉降以及土工格栅最大拉力的长期变形特性,并进一步分析了土工格栅蠕变特性、软土地基蠕变特性、深厚软土地基以及坚硬地基对挡墙长期性能的影响。研究成果表明:(1)填土期间,面板侧向位移和土工格栅拉力都随时间累计增加,而施工结束后,墙顶位置的土工格栅拉力随时间累计增加,其余位置的土工格栅表现出明显的松弛效应。(2)加筋区域填土表面的沉降值明显大于非加筋区域,并且随着时间的增加,加筋区域的沉降速率逐渐减缓,而非加筋区域的沉降基本保持不变。(3)坚硬地基上加筋土挡墙的变形远小于软土地基上加筋土挡墙的变形,面板侧向位移的最大差值达1.68cm。(4)软土地基对加筋土挡墙的影响主要表现为固结变形的影响,而次固结变形的影响较小。(5)填土和格栅的应力分布取决于填土和格栅的相对蠕变率,只有土工格栅和土体都具有足够的强度时,才能更好地保证加筋土挡墙的稳定性。(6)深厚软土地基上加筋土挡墙的变形相对较小,由于桩体作用,软土地基基本不发生蠕变变形。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 加筋土技术发展历程
• 1.1.2 土工格栅加筋土挡墙优越性
• 1.1.3 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 加筋土挡墙的研究
• 1.2.2 格栅蠕变特性的研究
• 1.2.3 软土蠕变固结特性的研究
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第二章 土工格栅蠕变特性试验及其蠕变模型研究
• 2.1 土工格栅蠕变试验
• 2.1.1 试验装置
• 2.1.2 试验材料
• 2.1.3 试验方法
• 2.2 试验结果与分析
• 2.2.1 应变—时间关系曲线
• 2.2.2 等时蠕变曲线
• 2.2.3 松弛曲线
• 2.3 土工格栅蠕变模型的建立
• 2.3.1 土工格栅的蠕变特征
• 2.3.2 不同材料类型的蠕变曲线
• 2.3.3 蠕变模型的建立及模型参数的确定
• 2.4 蠕变模型的试验验证
• 2.5 本章小结
• 第三章 软土固结蠕变特性试验研究
• 3.1 土体固结蠕变试验方法选择
• 3.2 三轴压缩试验及结果分析
• 3.3 三轴固结蠕变试验及结果分析
• 3.4 软土固结蠕变模型建立及参数的确定
• 3.4.1 扩展的Drucker-Prager模型
• 3.4.2 参数的确定
• 3.4.3 试验值与模型值对比分析
• 3.5 小结
• 第四章 软土地基上加筋土挡墙的数值分析研究
• 4.1 加筋土挡墙长期性能有限元分析模型的验证
• 4.1.1 室内试验模型介绍
• 4.1.2 数值分析模型及结果对比
• 4.2 加筋土挡墙长期性能有限元分析
• 4.2.1 模型的建立及参数的确定
• 4.2.2 单元的选取和划分
• 4.2.3 边界条件的假定
• 4.2.4 接触面的建立
• 4.3 有限元计算结果与分析
• 4.3.1 挡墙面板侧向位移
• 4.3.2 墙顶表面竖向位移
• 4.3.3 土工格栅的拉力
• 4.3.4 土工格栅的应变
• 4.3.5 地基表面沉降
• 4.3.6 加筋土挡墙的塑性变形
• 4.4 小结
• 第五章 时间效应对加筋土挡墙的影响分析
• 5.1 土工格栅蠕变率的影响
• 5.2 软土固结蠕变的影响
• 5.3 深厚软土地基的影响
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 一、结论
• 二、值得进一步研究的问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件