砂卵石填料加筋挡墙破坏机理的细观研究

发布时间：2021-03-06 08:34

砂卵石因良好的压实性、强透水性、高抗剪强度以及承载能力好等优良工程特性被广泛地用作加筋土挡墙回填材料,并取得了良好的工程效果和经济效益。但砂卵石的强离散性、分布随机性导致以砂卵石为填料的加筋土挡墙结构异常复杂,对其受力特性和破坏机理的研究至今仍没有定论。针对以上问题,本文依托国家自然基金项目“格栅蠕变时砂卵石填料长期工作机理研究”(51209242),采用模型试验和数值模拟相结合的方法,开展以砂卵石为填料的格栅加筋土挡墙结构力学特性及其破坏细观机理的研究。本文主要研究内容和成果如下:(1)为了研究砂卵石加筋土挡墙结构宏观力学特性,通过室内模型试验,分别测试了四种不同堆载工况下格栅应变分布规律、加筋区域竖向土压力和挡墙面板水平位移。试验发现:格栅拉应变沿轴向整体上呈先增大后减小的非线性分布,且各层应变峰值出现在格栅不同位置处;挡墙后各相同高度处竖向土压力分布并不均匀,靠近挡墙处竖向土压力远小于其他测点;挡墙面板在堆载作用下水平位移呈下小上大的类抛物线形,墙后0.5H~0.6H高度区间出现土体颗粒与挡墙面板相脱离的现象(H为填土高度);(2)为了研究砂卵石加筋土挡墙结构细观力学特性,采用离散元软件PFC2D对上述模型试验进行数值模拟,通过参数反演确定挡墙面板参数,建立数值模型,并在此基础上详细地分析了填料颗粒位移场、应力场及颗粒体间接触力分布规律。模拟发现:未加筋侧土体颗粒向加筋侧移动及格栅周围强力链的共同作用下造成了墙后竖向土压力分布不均匀;挡墙面板背后中部区域以阻止颗粒向挡墙侧运动的侧阻力为主且颗粒位移小于挡墙面板位移,这说明格栅的摩擦及嵌锁作用限制了该部分土体往挡墙方向的运动,从细观层面解释了模型试验中土体与面板脱离的现象;(3)为了研究砂卵石加筋土挡墙结构细观破坏机理,在上述数值模型基础上,分别通过改变土工格栅参数、删除挡墙面板及格栅拔出数值试验模拟加筋土挡墙三种受力破坏形式。发现加筋土挡墙格栅拉断破坏过程即墙后力链网络的断裂重生过程,其破裂面形式接近“0.3H”简化潜在破裂面,但略微向挡墙侧偏移;拉拔剪切带的形成是一个剪切应力和局部孔隙率不断增大、平均配位数不断减小的剪胀过程,但由于砂卵石中粗颗粒分布的随机性,其剪切带宽度尚不能确定。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU476.4

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景和研究意义

1.2 加筋土挡墙的试验研究

1.3 加筋土挡墙的破坏机理研究

1.3.1 加筋土挡墙常见破坏形式

1.3.2 加筋土剪切带研究

1.3.3 加筋土挡墙潜在破裂面研究

1.3.4 加筋土挡墙墙体位移研究

1.4 颗粒流方法研究现状

1.4.1 颗粒流程序在岩土相关问题研究中的应用

1.4.2 颗粒流程序在加筋结构研究中的应用

1.5 研究内容及创新点

1.5.1 目前存在的主要问题

1.5.2 主要研究内容及创新点

第二章颗粒流数值模拟关键问题

2.1 颗粒流方法基本思想

2.2 颗粒流方法理论基础

2.2.1 颗粒流方法的基本理论

2.2.2 颗粒流方法的基本假设

2.3 PFC中的接触模型

2.3.1 接触刚度模型

2.3.2 滑动和分离模型

2.3.3 粘结模型

2.4 PFC建模计算过程及特点

2.4.1 PFC建模计算过程

2.4.2 PFC模拟的特点

2.5 颗粒物质体系多尺度研究

2.5.1 颗粒物质体系多尺度概念[5358]

2.5.2 颗粒物质体系多尺度研究框架

第三章砂卵石填料加筋土挡墙模型试验

3.1 试验目的

3.2 试验材料

3.2.1 加筋材料物理力学性能

3.2.2 填料物理力学性能

3.2.3 挡墙面板物理力学性能

3.3 试验设备

3.3.1 模型试验箱

3.3.2 试验测试仪器

3.4 试验步骤

3.4.1 试验前期准备

3.4.2 测量元件布设及模型填筑

3.4.3 荷载施加方案

3.5 试验结果与分析

3.5.1 格栅轴向应变分析

3.5.2 墙后竖向土压力分析

3.5.3 挡墙面板侧向位移分析

3.6 本章小结

第四章砂卵石填料加筋土挡墙颗粒流模拟

4.1 概述

4.2 颗粒流数值模型参数确定

4.2.1 填土细观参数确定

4.2.2 土工格栅细观参数确定

4.3 砂卵石填料加筋土挡墙颗粒流模型建立

4.3.1 颗粒流模型建立过程

4.3.2 模型边界条件设置及荷载施加

4.3.3 数值模拟结果量测与提取

4.3.4 挡墙参数反演

4.3.5 数值模拟结果分析

4.4 本章小结

第五章砂卵石填料加筋土挡墙破坏细观分析

5.1 前言

5.2 格栅拉断破坏模拟

5.2.1 模型建立与参数选择

5.2.2 渐进破坏过程

5.2.3 土体位移场分析

5.2.4 力链结构演化过程

5.2.5 模拟格栅断裂面与传统 0.3H破裂面对比

5.3 挡墙墙体断裂模拟

5.3.1 渐进破坏过程

5.3.2 水平应力场分析

5.3.3 加筋体塌陷区和滑动面分析

5.4 格栅拔出模拟

5.4.1 模型建立过程及参数选取

5.4.2 拉拔过程位移场变化分析

5.4.3 拉拔过程细观参数变化分析

5.4.4 土体剪切带形成与发展分析

5.5 本章小结

第六章主要结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

6.3 结束语

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的科研成果

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