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生態型加筋鋼絲網格賓擋墻在實際工程中得到越來越廣泛的應用

作者:文勝石籠網 來源:原創 日期:2018/5/17 瀏覽量:176070 關鍵詞:格賓擋墻
內容提示:生態型加筋鋼絲網格賓擋墻是集現代加筋土技術與植被護坡技術于一體的新型支擋結構,在實際工程中得到越來越廣泛的應用。柔性生態型加筋土結構是加筋土結構發展的一種新形式...

生態型加筋鋼絲網格賓擋墻是集現代加筋土技術與植被護坡技術于一體的新型支擋結構,在實際工程中得到越來越廣泛的應用。

柔性生態型加筋土結構是加筋土結構發展的一種新形式,不僅具有加筋土結構的優點,而且柔性面墻還具有生態功能。

生態型加筋鋼絲網格賓擋墻的相關研究很少,設計時也是套用傳統加筋鋼絲網格賓擋墻的相關理論與方法,使得理論研究落后于工程實踐,制約了生態型加筋鋼絲網格賓擋墻的推廣。

本公司技術部資料主要針對雙絞合六邊形鋼絲網格賓擋墻和土工格柵包生態袋柔性生態型加筋土結構等進行研究。

在浙江省交通科技項目+柔性生態在高速公路中的應用專題研究,交通科技項目+高速公路新型加筋土結構技術研究與示范工程。

和國家自然科學基金+高速鐵路路基長期動力穩定性評價方法研究,的資助下,作者及其科研團隊以紹諸高速公路黃衢高速公路潭衡陽西線高速公路柔性生態擋墻等為依托工程,以加筋格賓擋墻綠色加筋格賓擋墻和土工格柵包生態袋加筋鋼絲網格賓擋墻為代表,通過理論分析室內外試驗研究和數值模擬,對柔性生態型加筋土結構的筋材進行了拉伸試驗耐久性試驗在填土中的拉拔試驗加筋紅砂巖粗粒土三軸試驗紅砂巖路堤原位推剪試驗柔性生態型加筋土結構在交通荷載作用下的動靜力特性,疲勞特性,水平抗震性能模型試驗對施工現場進行了長期的監測,獲得了大量的監測數據。

在此基礎上,采用理論分析和數值分析相結合的方法,對柔性生態型擋土結構的結構特性疲勞特性抗震性能及計算理論和設計方法進行了系統的研究,取得了如下主要研究成果。

通過不同筋材加筋土的直剪試驗和拉拔試驗,對加筋土的加筋機理和筋土界面關系進行研究,分析了平面網狀筋材的加筋特點,獲得含水量加筋間距對加筋土抗剪強度影響的計算公式黏土與不同筋材間的摩擦系數,為工程設計提供了參數,并基于拉拔試驗成果提出筋土界面關系的冪函數模型。

對紅砂巖路堤進行大尺寸原位推剪試驗,分析紅砂巖粗粒土在推剪力作用下的變形特性力學特性以及破壞特征并以極限平衡為理論基礎,推導在考慮三維滑動面時路堤填料強度參數的計算公式。

以雙絞合六邊形鋼絲網和土工格柵為筋材,以紅砂巖為填料,進行了一系列粗粒土三軸試驗。

研究了加筋紅砂巖粗粒土強度和應力-應變特性分析了紅砂巖加筋粗粒土的宏觀力學機理并引入強度參數分析加筋效果,探討土的含水量和壓實度加筋層數等對加筋紅砂巖粗粒土力學特性和變形的影響建立了加筋土彈性非線性本構方程。

程序和離散顆粒流理論為研究平臺,建立鉛絲石籠加筋紅砂巖粗粒土顆粒流數值模型,以粗粒土三軸試驗筋材拉伸試驗及拉拔試驗等為基礎,校正顆粒流模型的細觀力學參數,研究加筋紅砂巖粗粒土細觀加筋機理和細觀力學特性,分析圍壓和加筋層數等對其細觀力學特性的影響,并獲得不同應變階段加筋紅砂巖粗粒土顆粒位移場分布特性和內部剪切帶發展規律。


通過模型試驗研究了不同工況)普通工況半填半挖工況*不同結構)綠色加筋格賓擋墻和土工格柵包生態袋加筋鋼絲網格賓擋墻*的生態型加筋鋼絲網格賓擋墻在交通重復荷載作用下的動力特性,獲得不同荷載幅值頻率和加載次數下生態型加筋鋼絲網格賓擋墻不同部位的加速度動土壓力響應規律,擋墻的豎向和水平向變形的累積變形規律以及筋材累積拉應變增長規律。

通過模型試驗和數值分析研究了不同工況不同結構形式的生態型加筋鋼絲網格賓擋墻的靜力特性,獲得生態型加筋鋼絲網格賓擋墻的變形規律筋帶應變的分布與發展規律極限承載力擋墻的失穩破壞方式。

通過疲勞特性模型試驗,對柔性生態型加筋鋼絲網格賓擋墻在重復荷載作用下的動力特性進行探討利用相似原理,對柔性生態型加筋鋼絲網格賓擋墻在重復荷載作用下的動態響應進行室內模型試驗,得出柔性生態型加筋鋼絲網格賓擋墻在動力荷載作用下動態響應特性運用疲勞壽命分析理論,對柔性生態加筋擋土結構墻的壽命進行了分析。

利用相似設計原理,對柔性生態型加筋鋼絲網格賓擋墻在地震荷載作用下的地震響應進行室內模型試驗,得出柔性生態型加筋鋼絲網格賓擋墻在地震荷載作用下地震響應特性利用滑動模型,理論,對柔性生態加筋鋼絲網格賓擋墻的動土壓力加速度隨機位移反應進行了分析并利用CHI4%D動力分析模塊,進行柔性生態型加筋土結構的抗震性能數值分析同時,系統分析結構材料參數以及地震動參數變化對擋墻動力響應的影響。

在對土工合成材料耐久性損傷規律進行研究的基礎上,分析了加筋鋼絲網格賓擋墻耐久性的主要影響因素,并基于筋材應變控制和加筋土結構側向變形控制兩個角度提出加筋土結構耐久性評估準則,建立了加筋土結構壽命預測方法。

基于塑性極限分析的上限法理論,分析了普通工況和半填半挖工況生態型加筋鋼絲網格賓擋墻的破壞失穩機制,獲得兩種工況生態型加筋鋼絲網格賓擋墻的承載能力計算公式。

基于結構系統可靠性理論,建立了加筋鋼絲網格賓擋墻在不同失效模式下的極限狀態方程,分析了各失效模式之間的邏輯關系,提出加筋鋼絲網格賓擋墻結構系統可靠度計算方法,并進行了實例分析。

提出加筋土結構穩定性分析的點安全系數法,推導了巖土體筋材和筋土界面的點安全系數計算公式,建立了筋材的抗拉抗拔安全系數計算方法,給出點安全系數法在CHI4%D中實現的步驟和命令,并進行了實例分析。

對以紹諸高速公路黃衢高速公路潭衡陽西線高速公路柔性生態擋墻試驗段進行系統的監測,得到柔性生態型擋墻墻面變形墻后土壓力分布鉛絲石籠拉筋變形等規律。

以CHI4%D為研究工具,建立鉛絲石籠面墻土鉛絲石籠以及接觸面的三維耦合數值模型,對影響擋墻受力和變形的主要參數進行數值仿真與優化分析。

針對國內加筋鋼絲網格賓擋墻工程設計的現狀,提出基于極限平衡理論可靠性分析和數值分析的雙絞合六邊形鋼絲網加筋鋼絲網格賓擋墻的計算與設計方法,研究了地震荷載作用膨脹土填料的加筋鋼絲網格賓擋墻設計方法,并成功應用于實際工程。

本公司技術部資料是在三個科研成果報告的基礎上形成的,第一作者所指導的研究生做了大量的研究工作。

在本公司技術部資料的整理過程中研究生徐健楠做了大量的整理工作。

隨著高速公路的跨越式發展,加筋土的研究也日新月異,柔性生態型加筋土問題涉及面廣內容豐富,發展迅速,加之作者水平有限,資料中難免有不當之處,熱忱期待各界同仁批評指正。

土體的抗壓性能很好,抗剪性能相對較差,基本無抗拉能力,因此在工程應用中受到很大程度的限制。

通過在土體內加入適當的加筋材料,利用筋材與土體之間的摩擦和嵌固咬合作用,可以傳遞拉應力,從而分擔土體應力,增加土體的變形模量,改善土體的強度和變形特征,達到提高土體及其構筑物穩定性的目的。

土中加筋,古已有之,早期人類就知道將自然界中的天然植物如茅草。

柳條之類等埋入土體中來改善土體整體穩定性,但是這都是建立在感性基礎上的,是依靠經驗來指導實踐,真正將加筋技術升華為理論并作為近代建筑技術加以研究和推廣應用,則是近半個世紀的事。

法國工程師在模型試驗中發現,當土中摻入有機纖維材料后,其強度可明顯提高,據此提出加筋石籠概念,并于,首先公布了其研究成果,初步分析了加筋的機制,并為土體加筋的設計計算提供了一套分析方法。

應用提出的加筋石籠技術和設計理論,年法國在比利牛斯山的普拉聶爾斯修建了世界上第一座加筋石籠擋土墻。

法國在加筋石籠技術方面的成功應用,引起了世界各國工程界。

學術界的廣泛重視,其發展速度相當快,應用范圍也日益廣泛。

年英國開發了高強度土工加筋材料土工格柵并提出了設計方法,這導致現代加筋技術迅猛發展。

加筋石籠結構的形式。

功能越來越多樣化。

加筋石籠作為支擋結構,被應用于擋墻。

橋臺。

港口岸墻和地下結構等(作為土體的穩定體系,被應用于道路路堤。

水工壩體和地基加固等。

與傳統重力式擋墻相比,加筋石籠擋墻屬于柔性結構,其特點是)對地基承載力要求相對較低(適應性強,整體性好,抗震性能高,能夠承受大的沉降變形(施工速度快。

工程質量容易得到保證(造價低,可以節約工程造價。

更為重要的是,與中國古代的*天人合一+。

現代西方的*回歸自然+理念相一致,柔性生態型加筋石籠結構表現的就是營造自然的生態景觀,符合當今建設環境友好型與資源節約型社會的總體要求。

在高速公路。

高速鐵路方興未艾的今天,采用新的加筋材料。

加筋結構,研究新的設計理論與計算方法已是目前國內工程界的迫切要求。

加筋石籠擋墻是由面板。

填料。

筋材等組成的復合結構,其結構特性與各組成成分各自的工程力學特性及其之間的相互作用密切相關。

面板一般采用鋼筋混凝土材料,其工程力學特性受外界因素的影響較小。

填料是加筋石籠的主要材料之一,一般就地取材,采用工程現場附近的開山土。

碎石土和砂卵石等。

由于填料的多樣性,加之其工程力學特性受外界因素如荷載性質,加載方式,地表水。

地下水作用等%影響較大,因此填料的工程力學特性及其在外界因素作用下的變化規律是影響加筋石籠擋墻結構特性的一個主要因素。

筋材是組成加筋石籠擋墻結構的另一主要材料,目前在加筋石籠擋墻中使用最為廣泛的筋材是土工格柵。

土工格柵是一種新型的土工聚合材料,其力學特性同樣受外界諸多因素如荷載性質。

加載方式。

溫度。

紫外線。

地下水的腐蝕性等%影響,因此筋材的工程力學特性及其在外界因素作用下的變化規律是影響加筋石籠擋墻結構特性的第二個主要因素。

填料與筋材在加筋石籠擋墻中并非孤立存在,而是通過相互作用如摩擦。

咬合和嵌固%組成筋;土復合體加筋體%,共同承擔外界因素的作用。

因此,筋土之間的相互作用及其作用效果的變化規律是影響加筋石籠擋墻結構特性的第三個主要因素。

加筋石籠擋墻作為巖土工程中的一種擋土結構形式,必然建于某一特定的地基之上,工程實際中的基地有巖基和非巖基,兩者又有許多不同的類型和性質,因此,地基的特性是影響加筋石籠擋墻結構特性的另一個主要因素。

此外,實際工程中的加筋石籠擋墻根據工程現場的實際情況的差異,可能采用不同的結構形式,如直立式。

分階直立式。

斜坡式。

分階斜坡式和混合式等。

顯然,不同結構形式的加筋石籠擋墻的結構特性會有一定的甚至很大的差異。

雖然國際工程界和學術界早就意識到這些因素,但它們對加筋石籠擋墻結構特性的影響卻遠沒有研究清楚。

這是由于土工合成材料應用的大部分問題是為了解決土體的穩定。

變形和滲流等問題,這些問題也正是土力學研究的對象。

有關土工合成材料設計理論和施工方法的擬定,自然以土力學原理為基礎,如土體的穩定性分析基本上采用極限平衡理論(變形計算依賴于土體的固結理論(滲流分析則服從達西定律。

土體本來就是一種十分復雜的材料,當它和另外一種工程力學性質隨變形。

壓力甚至溫度的變化而非線性變化的土工合成材料復合時由它們的相互作用而表現出來的現象當然就更復雜了。

目前,加筋石籠擋墻傳統的分析方法建立在加筋石籠體極限平衡理論的基礎上,即假設破裂面。

筋材從土中拔出或拉斷來分析加筋石籠體拉力破壞或黏著破壞時承載力,無法將結構的強度和變形統一考慮,無法計算面板位移和填土沉降等,。

世紀8年代后期才開始的加筋石籠結構有限元分析,將結構變形協調與力的平衡結合起來,使某些復雜的性質及過程的模擬成為可能,但至今為止研究仍處于初期階段,即將加筋石籠結構視為平面應變問題,然后采用組合結構或復合材料的觀點加以研究,土體本構關系采用非線性彈性或彈塑性模型,土體破壞準則常采用準則,考慮靜力荷載的作用較多,考慮動力荷載作用較少,一般都不考慮水的作用,或僅將水作為一種外部荷載,以靜止水壓力的形式作用在結構上。

分析中考慮動力荷載作用較少是基于*加筋石籠擋土結構是柔性結構,具有好的抗震性能+這一工程界普遍認可的定性結論。

事實上,振動或地震荷載作用對加筋石籠結構的影響不容忽視。

例如,加筋石籠擋墻作為鐵路路基,在列車重復荷載作用下表現出的動力特性,會引起線路運營條件的惡化。

首先,在列車荷載作用下以加筋石籠擋墻為路基累積的永久變形過大,會引起線路不均勻下沉,造成線路不平順,同時也影響正常維修與養護(其次,列車產生過大的彈性變形,會加大線路與車輛的相互作用和振動,影響列車運行的穩定性和舒適性(最后,過大動應力會導致加筋石籠擋墻產生過大的側向變形和豎向變形,從而影響列車的運營質量。

我國是一個多地震的國家,而且地震區域分布廣泛,地震頻繁而強烈。

地震荷載作用下加筋石籠擋墻的受力機理。

摩擦特性。

變形特征等,由于其內容的雜性,影響因素的多樣性,還較缺乏對其進行深入分析和研究,極大地影響和制約了加筋石籠擋墻在地震區的應用。

因此,在加筋石籠擋土結構特性研究中,考慮動力荷載作用,對其動態力學響應進行研究十分必要。

鑒于此,結合湖南省交通廳科技項目*高速公路新型加筋石籠結構技術研究與示范工程。

交通科技計劃項目*柔性生態擋墻在高速公路中的應用專題研究。

和國家自然科學基金項目*高速鐵路路基長期動力穩定性評價方法研究,對柔性生態型加筋石籠擋墻的結構特性。

加筋機理。

動態力學響應。

耐久性和抗震性能等進行了系統研究。

本公司技術部資料涉及材料的力學模型和破壞模式的研究,材料的耐久性研究,不同柔性生態加筋石籠擋墻動。

靜特性和動力響應規律的研究,在重復荷載作用下的疲勞特性研究,在地震荷載作用下的地震反應研究等。

這對完善加筋石籠的理論體系,解決加筋石籠支擋結構在工程應用中存在的問題具有十分重要的意義。

同時,開展加筋石籠擋墻動力和抗震分析與數值模擬技術研究也具有較高的學術價值。

鉛絲石籠土工合成材料是巖土工程和土木工程中應用的合成材料總稱,它是以人工合成的聚合物。

如塑料、化纖、合成橡膠等為原料,制成各種類型的產品,置于土體內部、表面或各種土體之間,發揮加強或保護土體的作用-鉛絲石籠土工合成材料應用技術規范,將土工合成材料分為土工織物。

土工膜:土工特種材料和土工復合材料等四大類型土工合成材料具有加固補強、反濾、排水、隔離、防滲、防護六種主要的功能。

加固補強:土中加入拉筋材料,依靠土和土工合成材料的相互作用,約束了土體的側向變形,增大土的抗變形能力,減少沉降量,從而提高土工結構的穩定性和抗變形能力。

反濾:土工織物置于土體表面或相鄰土層之間,一方面,可以有效阻止土顆粒的通過,從而防止由于土顆粒的過量流失而造成土體的破壞另一方面,又允許土中的水或氣體穿過土工織物而自由排出,以免由于孔隙水壓力的升高而造成土體失穩。

排水:厚的無紡土工織物和復合排水材料均具有較高的導水率,這類土工合成材料可以在土體中形成排水通道,把土中的水分匯集起來,并將其排出。

隔離:利用土工合成材料把兩種不同粒徑的土。

砂:石料或把土、砂、石料與其他結構物隔離開來,以免相互混雜,造成土料污染、流失,或其他不良效果用于受力結構,有助于保證鉛絲石籠結構的狀態和設計功能用于材料儲存、堆放,可避免材料損失或劣化,對于垃圾,廢料的處置還可以防止環境污染。

防滲:利用土工合成材料中的弱透水材料防止液體的滲透、氣體的揮發,以保護環境或建筑物的安全。

防護:土工合成材料可以限制或防止巖土體受外界環境作用而破壞,可用于防沖、防沙、防震、保溫、植物綠化、環境保護等。

由于鉛絲石籠護墊材料的輕質量,高強度,多功能,易施工,造價低等特點,鉛絲石籠護墊材料在土木工程的各個領域得到廣泛應用無論是在應用領域還是在應用數量上,其勢頭均有增無減在交通運輸工程中,鉛絲石籠護墊材料作為隔離材料被廣泛應用到道路,填土路基工程,飛機跑道,堆場等方面(作為排水層和反濾層,被廣泛應用到軟基工程。

高速公路排水溝工程中作為加筋材料,被廣泛應用到斜坡穩定與保護,加筋土擋墻和加筋陡坡,路基路面工程,加筋橋臺等方面在水利水資源工程中,鉛絲石籠護墊材料被廣泛應用在水庫。

河流,渠道等庫岸或邊坡的保護以及水下地面的保護中鉛絲石籠護墊材料的多種性能在海岸工程中也得到廣泛應用,如用土工織物設置反濾層,防止侵蝕,保護海岸用土工帶,土工墊壓腳以保護海中的橋墩,防止海浪掏蝕橋基鉛絲石籠護墊材料在環境工程中的應用更是比較普遍,如運用土工織物在廢物堆放,處理和管理時可防止土工膜被骨料頂破目前,鉛絲石籠護墊材料加筋土擋墻的抗震研究。

加筋復合地基是鉛絲石籠護墊材料在工程中的一些最新應用,如樁;網復合地基,土工格室;碎石樁雙向增強復合地基已廣泛用于工程實踐在鉛絲石籠護墊材料應用研究方面,采用復合土工膜。

瀝青玻璃布,瀝青棉膠布,竹排等鉛絲石籠護墊材料,成功治理了道路路基翻漿冒泥問題國內外許多學者對鉛絲石籠護墊材料在路面結構中的應用做了大量的研究結果表明,鉛絲石籠護墊材料在路面中可以保證結構層的完整性,增強結構層剛度,減少表面車轍變形,增強瀝青混合材料抗疲勞性能,提高瀝青面層抵抗反射裂縫能力,延長道路使用壽命,并且可以作為加筋材料減少基層或路面結構層的厚度通過大量的室內試驗,著重研究了土工防排水材料的物理特性,水力學性能及力學性能,系統地提出鉛絲石籠護墊材料在公路排水設施中的設計標準與方法,結合理論分析與試驗結果,分析了筋土復合體增加剛度,減少沉降的機理,探討了鉛絲石籠護墊材料在高速鐵路路橋過渡段中的應用在鉛絲石籠護墊材料作為加筋筋材時的加筋機理研究方面,鉛絲石籠護墊材料與填料的界面摩擦特性是最關鍵的技術指標,直接決定了加筋土工程的穩定性因此,國內外許多學者利用直剪試驗和拉拔試驗研究鉛絲石籠護墊材料與填料的界面摩擦特性在加筋土結構靜動力特性研究方面。

應用雙曲線方程,修正曼辛準則和過應力型黏塑性理論,建立了一種可以同時描述鉛絲石籠護墊材料應力;應變關系的非線性,循環荷載作用下的彈塑性和滯回性,蠕變和應力松弛的一維本構模型肖成志通過考慮格柵材料的蠕變特性,采用有限元數值分析和計算的方法,系統深入地探討了土工加筋結構的長期變形特性及其工作機理蔣文凱等。

通過對公路路堤加筋工程條件下土工格柵的鋪設損傷模擬試驗,得到了在7種典型路堤填料下土工格柵的強度損傷特性,并給出鋪設損傷強度折減系數值在鉛絲石籠護墊材料蠕變特性和耐久性研究方面。

詳細地介紹了蠕變的機理和影響因素,比較了獲得拉伸蠕變破壞荷載;時間曲線以及蠕變應變;時間曲線的試驗方法,根據時溫疊加法和分級等溫法,確定了蠕變強度和蠕變折減系數,通過長期荷載作用下鉛絲石籠護墊材料的室內蠕變試驗,研究了土工網蠕變特性及其影響因素,探討了蠕變機理,得到土工網的蠕變方程鄭智能等,對土工膜及土工帶的熱氧老化。

光氧老化和化學耐久性等方面進行了試驗研究,探討了這些材料的老化規律及耐久性能等,通過室內外試驗,提出鉛絲石籠護墊材料力學耐久性的理論模型,用力學性能衰減規律評價其耐久性閔興等將鉛絲石籠護墊材料所處環境的溫度。

濕度,紫外線照射情況以及鉛絲石籠護墊材料的老化時間作為網絡的輸入參數,以描述鉛絲石籠護墊材料耐久性狀態的強度和延伸率作為網絡的輸出,建立了CD神經網絡模型,對鉛絲石籠護墊材料的耐久性進行了預測。


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