土工材料防水增强路堤模型试验研究
发布时间：2021-11-18 09:30
公路在建设运营过程中不可避免的都会遇到水,在水的作用下,公路路基经常会发生许多使用病害,严重影响到了公路的正常使用,并且由于我国膨胀土分布的区域广泛,膨胀土对水敏感性更强,膨胀土这种不良的地基土对水的处理更是要重点研究,论文从利用土工合成材料进行路堤的增强防水路堤模型试验研究,检验了土工格栅和复合土工膜在公路路堤中的运用效果。论文针对公路路堤（尤其是膨胀土路堤）水稳定性问题,提出设置复合土工膜及土工格栅层相结合的防水增强路堤新结构,并开展相关室内模型试验及数值模拟研究工作,具体结果如下:（1）对膨胀土和红黏土进行了土工试验,得到了土体的天然密度、含水率、比重、液塑限、最佳含水率、粘聚力、内摩擦角等基本物理参数,为之后进行的数值分析提供一些必要的参数。（2）在路堤模型试验中,随着路堤高度的增加,水平位移的变化会越小,竖直沉降会越大,当处于同一高度上时,越靠近路堤坡面的水平位移会越大,竖直沉降越小,并且膨胀土路堤模型的变形沉降要明显大于红黏土路堤模型,地下水对于路堤变形沉降的影响要大于降雨的影响。（3）在路堤模型试验中,当只单独的使用土工格栅进行加筋增强时,路堤的侧向水平变形会有比较明显的...
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文技术路线图
第二章土工合成材料的作用9第二章土工合成材料的作用2.1概述随着经济、社会的发展，土工合成材料被当作加筋材料运用于土木工程的各个方面，它具有加筋、防渗、隔离、防护、排水、过滤等作用。土工合成材料作为加筋材料加入土体中，使得土体的强度、变形都较未加入土工合成材料的土体有较大的改善，这种在土体中加入土工合成材料等加筋材料，从而改善土体的强度与力学性能的土工加固技术称为土工加筋技术，形成的结构称为加筋土结构。常见的加筋土结构有加筋土挡墙、加筋土边坡、加筋土地基、加筋土路堤等。加筋土路堤是最近几十年才发展起来的一种新型的加筋土结构，它是在路堤内部合适的部位加入具有抗拉能力的筋材，利用土工合成材料和土体的摩擦起到约束的作用，使得路堤形成一个稳定的整体，在行车荷载等复杂的作用下能不发生较大的沉降变形，提高了路堤的稳定性。2.2土工合成材料的种类及作用土工合成材料发展迅速，种类繁多，为了工程上的使用和统一土工合成材料的名称，我国于1998年制定了《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98），土工合成材料在规范中按功能和生产方法可以分为四种，分别是土工织物、土工膜、复合土工合成材料以及特种土工合成材料，具体如下图2-1。图2-1土工合成材料种类因为土工合成材料在工程建设中起着多方面的作用，因此被广泛的运用于水
第二章土工合成材料的作用13力时，土体会发生侧向变形。如果在土体内部加入筋材，加筋材料和土体之间相互作用产生的摩阻力，相当于给土施加了一个和侧压力相反的力，抵消了部分甚至于全部侧压力，从而约束了土体的侧向变形，提高土体的强度。土体强度的提高，可以通过砂土加筋的例子来进行阐述，通过莫尔—库伦破坏理论来进行分析理解，如图2-3。当未加筋的砂土在1和3的作用下达到极限平衡状态，如图2-3中的莫尔应力圆1所示；当对砂土进行加筋后，之前在1和3的作用下就能达到极限平衡状态不复存在了，如果还是保持一样的1不变，土体的受力状态就变成了弹性平衡状态，如图2-3中的莫尔应力圆2，这种变化说明了在加入筋材后，土体整体的强度得到了提高。如果施加在加筋土的3保持不变，想要使加筋后的土体达到新的极限平衡状态，就必须要让1增大至1，如图2-3中的莫尔应力圆3。根据库伦—摩尔破坏准则，假定未加筋土和加筋土的内摩擦角保持不变，那么在新的极限平衡状态下数学关系表达式就变成了式（2-2）[38][39][40][41]：1=3tan2(450+2)+2tan（450+2）（2-2）式中：1----加筋土样破坏时的最大主应力；3----最小主应力；φ----未加筋砂的内摩擦角；----加筋砂土的“准粘聚力”。上式和未加筋的砂土的极限平衡状态对比可以得到，加筋砂土的承载力提高的原因在于加筋砂土比未加筋砂土多了“粘聚力”。这个粘聚力是改善了砂土力学性能的原因，它并不是砂土本身具有的，而是在加筋后由加筋材料和土体共同作用产生的，称之为准粘聚力，它反映的是土体和加筋材料复合后的特性。1-极限平衡状态2-弹性平衡状态3-新的极限平衡状态图2-3加筋砂土于未加筋砂土的莫尔应力圆分析图
【参考文献】：
期刊论文
[1]高填方膨胀土作用下刚柔复合桩基挡墙结构数值模拟[J]. 郑俊杰,吕思祺,曹文昭,景丹. 岩土力学. 2019(01)
[2]有荷干湿循环条件下不同膨胀土抗剪强度基本特性[J]. 杨和平,唐咸远,王兴正,肖杰,倪啸. 岩土力学. 2018(07)
[3]土工合成材料在公路工程中的应用[J]. 刘雄伟. 交通世界. 2016(19)
[4]水对高速公路路基影响的探讨[J]. 王燕. 山西建筑. 2009(30)
[5]膨胀土填筑公路路堤的物理处治技术[J]. 杨和平,章高峰,郑健龙,赵鹏程,贺迎喜. 岩土工程学报. 2009(04)
[6]基于平面应变试验的非饱和膨胀土强度分析[J]. 安骏勇,蒋刚,王钊. 岩土力学. 2007(12)
[7]基于强度分区的膨胀土路堤稳定性及土工格栅处治效果分析[J]. 胡明鉴,孔令伟,郭爱国,刘观仕. 岩土力学. 2007(09)
[8]级配碎石材料强度及塑性变形特性[J]. 王龙,解晓光,冯德成. 哈尔滨工业大学学报. 2007(06)
[9]膨胀土边坡长期强度变形特性和稳定性研究[J]. 陈生水,郑澄锋,王国利. 岩土工程学报. 2007(06)
[10]非饱和土的水分特征曲线的分形模型[J]. 徐永福,董平. 岩土力学. 2002(04)
博士论文
[1]膨胀土边坡浅层失稳机理及土工格栅加固处理研究[D]. 丁金华.浙江大学 2014
[2]膨胀土公路工程特性及灾害防治技术研究[D]. 安骏勇.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2007
[3]膨胀土工程特性与处治技术研究[D]. 陈善雄.华中科技大学 2006
[4]黄土地区高填方加筋土路堤变形与稳定性研究[D]. 谢婉丽.西北大学 2004
硕士论文
[1]红土的湿化效应及路堤变形试验研究[D]. 时雨.南昌大学 2017
[2]土工格栅加筋土直剪摩擦试验研究[D]. 邹玉娜.青岛理工大学 2012
[3]加筋膨胀土特性及边坡干湿循环试验研究[D]. 周健.南京工业大学 2012
[4]降雨对边坡稳定性的模型试验及数值模拟研究[D]. 孙永帅.中国地质大学(北京) 2012
[5]土工合成材料在公路防排水中的应用研究[D]. 杜超.重庆交通大学 2010
[6]土工合成材料渗透性能评价指标及测试方法研究[D]. 于双双.天津大学 2009
[7]水南路膨胀土路基处理[D]. 罗岩枫.湖南大学 2009
[8]土工合成材料的加筋应用研究[D]. 田蓉.长安大学 2006
[9]土工合成材料在高填方路堤中的加筋应用研究[D]. 何欢.北京工业大学 2005
[10]公路土工合成材料防排水性能研究[D]. 王微.东北林业大学 2004
本文编号：3502651
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文技术路线图
第二章土工合成材料的作用9第二章土工合成材料的作用2.1概述随着经济、社会的发展，土工合成材料被当作加筋材料运用于土木工程的各个方面，它具有加筋、防渗、隔离、防护、排水、过滤等作用。土工合成材料作为加筋材料加入土体中，使得土体的强度、变形都较未加入土工合成材料的土体有较大的改善，这种在土体中加入土工合成材料等加筋材料，从而改善土体的强度与力学性能的土工加固技术称为土工加筋技术，形成的结构称为加筋土结构。常见的加筋土结构有加筋土挡墙、加筋土边坡、加筋土地基、加筋土路堤等。加筋土路堤是最近几十年才发展起来的一种新型的加筋土结构，它是在路堤内部合适的部位加入具有抗拉能力的筋材，利用土工合成材料和土体的摩擦起到约束的作用，使得路堤形成一个稳定的整体，在行车荷载等复杂的作用下能不发生较大的沉降变形，提高了路堤的稳定性。2.2土工合成材料的种类及作用土工合成材料发展迅速，种类繁多，为了工程上的使用和统一土工合成材料的名称，我国于1998年制定了《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98），土工合成材料在规范中按功能和生产方法可以分为四种，分别是土工织物、土工膜、复合土工合成材料以及特种土工合成材料，具体如下图2-1。图2-1土工合成材料种类因为土工合成材料在工程建设中起着多方面的作用，因此被广泛的运用于水
第二章土工合成材料的作用13力时，土体会发生侧向变形。如果在土体内部加入筋材，加筋材料和土体之间相互作用产生的摩阻力，相当于给土施加了一个和侧压力相反的力，抵消了部分甚至于全部侧压力，从而约束了土体的侧向变形，提高土体的强度。土体强度的提高，可以通过砂土加筋的例子来进行阐述，通过莫尔—库伦破坏理论来进行分析理解，如图2-3。当未加筋的砂土在1和3的作用下达到极限平衡状态，如图2-3中的莫尔应力圆1所示；当对砂土进行加筋后，之前在1和3的作用下就能达到极限平衡状态不复存在了，如果还是保持一样的1不变，土体的受力状态就变成了弹性平衡状态，如图2-3中的莫尔应力圆2，这种变化说明了在加入筋材后，土体整体的强度得到了提高。如果施加在加筋土的3保持不变，想要使加筋后的土体达到新的极限平衡状态，就必须要让1增大至1，如图2-3中的莫尔应力圆3。根据库伦—摩尔破坏准则，假定未加筋土和加筋土的内摩擦角保持不变，那么在新的极限平衡状态下数学关系表达式就变成了式（2-2）[38][39][40][41]：1=3tan2(450+2)+2tan（450+2）（2-2）式中：1----加筋土样破坏时的最大主应力；3----最小主应力；φ----未加筋砂的内摩擦角；----加筋砂土的“准粘聚力”。上式和未加筋的砂土的极限平衡状态对比可以得到，加筋砂土的承载力提高的原因在于加筋砂土比未加筋砂土多了“粘聚力”。这个粘聚力是改善了砂土力学性能的原因，它并不是砂土本身具有的，而是在加筋后由加筋材料和土体共同作用产生的，称之为准粘聚力，它反映的是土体和加筋材料复合后的特性。1-极限平衡状态2-弹性平衡状态3-新的极限平衡状态图2-3加筋砂土于未加筋砂土的莫尔应力圆分析图
【参考文献】：
期刊论文
[1]高填方膨胀土作用下刚柔复合桩基挡墙结构数值模拟[J]. 郑俊杰,吕思祺,曹文昭,景丹. 岩土力学. 2019(01)
[2]有荷干湿循环条件下不同膨胀土抗剪强度基本特性[J]. 杨和平,唐咸远,王兴正,肖杰,倪啸. 岩土力学. 2018(07)
[3]土工合成材料在公路工程中的应用[J]. 刘雄伟. 交通世界. 2016(19)
[4]水对高速公路路基影响的探讨[J]. 王燕. 山西建筑. 2009(30)
[5]膨胀土填筑公路路堤的物理处治技术[J]. 杨和平,章高峰,郑健龙,赵鹏程,贺迎喜. 岩土工程学报. 2009(04)
[6]基于平面应变试验的非饱和膨胀土强度分析[J]. 安骏勇,蒋刚,王钊. 岩土力学. 2007(12)
[7]基于强度分区的膨胀土路堤稳定性及土工格栅处治效果分析[J]. 胡明鉴,孔令伟,郭爱国,刘观仕. 岩土力学. 2007(09)
[8]级配碎石材料强度及塑性变形特性[J]. 王龙,解晓光,冯德成. 哈尔滨工业大学学报. 2007(06)
[9]膨胀土边坡长期强度变形特性和稳定性研究[J]. 陈生水,郑澄锋,王国利. 岩土工程学报. 2007(06)
[10]非饱和土的水分特征曲线的分形模型[J]. 徐永福,董平. 岩土力学. 2002(04)
博士论文
[1]膨胀土边坡浅层失稳机理及土工格栅加固处理研究[D]. 丁金华.浙江大学 2014
[2]膨胀土公路工程特性及灾害防治技术研究[D]. 安骏勇.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2007
[3]膨胀土工程特性与处治技术研究[D]. 陈善雄.华中科技大学 2006
[4]黄土地区高填方加筋土路堤变形与稳定性研究[D]. 谢婉丽.西北大学 2004
硕士论文
[1]红土的湿化效应及路堤变形试验研究[D]. 时雨.南昌大学 2017
[2]土工格栅加筋土直剪摩擦试验研究[D]. 邹玉娜.青岛理工大学 2012
[3]加筋膨胀土特性及边坡干湿循环试验研究[D]. 周健.南京工业大学 2012
[4]降雨对边坡稳定性的模型试验及数值模拟研究[D]. 孙永帅.中国地质大学(北京) 2012
[5]土工合成材料在公路防排水中的应用研究[D]. 杜超.重庆交通大学 2010
[6]土工合成材料渗透性能评价指标及测试方法研究[D]. 于双双.天津大学 2009
[7]水南路膨胀土路基处理[D]. 罗岩枫.湖南大学 2009
[8]土工合成材料的加筋应用研究[D]. 田蓉.长安大学 2006
[9]土工合成材料在高填方路堤中的加筋应用研究[D]. 何欢.北京工业大学 2005
[10]公路土工合成材料防排水性能研究[D]. 王微.东北林业大学 2004
本文编号：3502651
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