竹筋格栅加筋山区挖填路基承载变形机理研究

发布时间：2020-11-05 01:33

　　山区挖填路基中挖填交界两侧的不均匀沉降一直是路基工程领域中所面临的疑难问题之一。以往的学者,通常采取将挖填路基交界处开挖台阶,并在台阶处铺设土工格栅的方式来解决挖填交界两侧不均匀沉降问题。然而,土工格栅作为一种不可再生的化工合成材料,生产成本偏高,生产过程中会对环境造成污染,同时在山高坡陡的西部山区使用,会受地形地貌、交通运输及施工条件的限制。本文将响应建筑行业朝着低碳、节能及环保方向发展的基本方针,引入竹筋这种新型加筋材料,其原材料为在我国山区广泛分布的竹材,原生态又环保,既能保证加筋效果,又便于在山区就地取材,以下为本文的具体研究内容。首先,对竹材的分布状况进行了概述,基于此,分别从宏观及微观的角度考量了竹材的构造及力学性能,并对竹材的耐久性及经济性进行了分析。结果表明,竹材中竹纤维的含量对其力学性能起着决定性的作用;竹材的综合成本低于传统加筋材料,并可将其浸泡在硼酸混合溶液中,以增强竹材的耐久性。其次,采用室内试验,对湘西楠竹竹筋抗拉、抗压、抗剪以及抗弯力学性能进行了测试,并将其与规范对传统加筋材料的要求进行对比表明,竹筋力学性能满足规范要求,同时,结合试验结果对竹筋拉断破坏面与抗压破坏裂缝发展过程进行了分析。在室内试验取得的成果基础之上,结合现场拉拔试验,对不同法向应力下的竹筋及竹筋格栅展开了筋土界面特性研究,优化了以往拉拔试验中计算抗拔应力的公式。然后,以竹筋格栅实际工作中的受力特征为基点,从两个方面对竹筋格栅承载变形机理展开了研究。其一,基于竹筋格栅的抗拉性能,将其承载机理分为摩擦加筋机理、似粘聚力机理、被动锚固机理以及张力膜机理。其二,基于竹筋格栅的抗弯性能,结合Pasternak双参数路基模型对竹筋格栅加筋挖填路基进行了简化,对竹筋格栅加筋体的受弯变形展开了研究,并给出了具体的计算变形方法,同时,结合数值模拟计算验证了该方法的准确性与有效性。最后,运用Flac3D有限差分软件建立了挖填路基三维模型,分别对挖填路基交界面处不加筋、加土工格栅以及加竹筋格栅三种工况的路基顶面沉降、路基应力以、路基水平位移及路基承载力进行了对比分析,并对竹筋格栅加筋挖填路基竹筋格栅的铺设层数进行了探讨。结果表明,竹筋格栅能明显控制挖填交界两侧差异沉降、减少路基水平位移以及路基应力集中现象,并建议竹筋格栅铺设在挖填交界底层、中间层以及顶层。
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U416.16
【部分图文】：

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竹节是竹材的一项组成部分，其存在会对竹材的力学性能产生一定影响，??为此本试验共制作了两种不同试件，其一为有竹节的竹筒，其二为无竹节的竹筒，??无竹节的试件３个，有竹节的试件１个，高度均为１２０ｍｍ，如图３．１?（ａ）所示。??３．２．３试验步骤??（１）

抗压试验,破坏过程,试件,竹黄

??图３．３?（ｂ）？（ｃ）展示了试件的破坏过程，在试验过程中竹筒首先在竹黄内??侧产生一点点细微的裂缝，随着荷载的增加，裂缝逐渐伸长，如图３．３（ｂ）所示，??当裂缝达到不能伸长的状态时，裂缝开始逐渐横向发展，并在裂缝的下端产生许??多小斑点，此小斑点为竹黄内部维管束抵抗外荷载作用而产生，如图３．３?（ｃ）所??示随着荷载逐渐达到峰值，裂缝开始往竹青处扩散，如图３．３?（ｄ）所示产生这种??由竹黄向竹青逐渐发生破坏现象，主要是因为竹材中抵抗外部荷载??试件厚度／ｍｍ??（ａ）?试件厚度－抗压强度关系?（ｂ）?竹黄开始破坏??遍邏??（ｃ）?裂缝加深?（ｄ）?破坏向竹青发展??图３．３抗压试验结果及试件破坏过程??的主要组成部分为竹材内部的维管束，而维管束的数量是由竹黄部分沿径向逐渐??向竹青部分扩大的，所以竹青的力学强度要高于竹黄的力学强度，因此当外部荷??载作用在竹材上时

抗剪试验,试件,凸字,竹材