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格宾网加筋红层软岩土石混填路堤力学行为的现场测试与数值模拟

时间:2016-11-13 14:25 作者:晟江格宾网www.gabionchang.com 点击:

  摘要:为掌握格宾网加筋红层软岩土石混填路堤的力学行为,通过加筋路堤现场测试研究路堤土压力、路堤内部潜在破裂 面、格宾网筋材和石笼墙面变形等力学行为,并结合FLAC}D数值模拟,分析格宾网加筋问距、加筋长度、地基土的压缩模 量、强度指标及路堤填料压实度变化对其力学性状的影响。现场测试表明:格宾网拉应变沿路堤横断面非均匀分布,路堤内 部潜在破裂面近似“改进双线段简化破裂面”;石笼面墙在墙背平面内类似梁弯曲变形,在墙背平面外以向外鼓胀变形为主; 墙后同一标高处填土竖直土压力呈非均匀分布;墙背实测水平土压力与墙高呈非线性关系,路堤填筑高度大于7.5 m时,墙 背水平土压力接近朗肯主动土压力值。数值模拟表明:加筋问距及长度变化对路堤侧移的影响明显大于对沉降的影响,格宾 网竖向加筋问距宜为0.5}-1.0 m,水平加筋长度宜为0.7H}-1.OH;地基土压缩模量改变对路堤沉降有较大影响,为控制路堤 小均匀沉降,地基土压缩模量宜大于5 MPa;为控制墙面侧移增长速度,地基土薪聚力小小于15 kPa;红层软岩土石混填路 堤填料压实度宜控制在93%以上。
 
  引言
 
  路堤采用经过破碎或风化的红层软岩填筑,填 料经压实后即为红层软岩土石混合体。目前,红层 软岩土石混合体已被应用于我国铁路和公路路堤修 筑[t-2]。为改善红层软岩土石混填路堤开裂、稳定性 不佳及不均匀沉降等病害给行车安全性和舒适性造 成的极不利影响,有关研究人员利用了加筋技术加 固红层软岩土石混合体。孙乔宝等[m提出红砂岩公 路路堤病害的土工格栅加筋处治措施;喻泽红[[4] 徐望国[f51等通过室内剪切试验分别得到土工合成材 料和土工格栅加筋红砂岩风化土的强度与变形特 性;蒋建清等[f}l通过室内大三轴试验研究格宾网加 筋红砂岩粗粒土的强度和变形特性;黄向京等f}-81 研究了格宾材料在红砂岩粗粒土中的拉拔特性和承 载特性;蒋建清[f}l、李的}to}等基于抗震试验和FLAC;D 数值动力分析,得到格宾加筋红砂岩粗粒土挡墙的 抗震性能和地震动力特性;Lin等[of]通过室内模型 试验获得格宾加筋红砂岩粗粒土挡墙在重复荷载作 用下变形特性。
 
  可见,目前主要采用土工合成材料、土工格棚 等传统加筋材料及格宾网新型筋材对红层软岩土石 混合体进行增强加固处置。其中,格宾网是镀锌戴 镀高尔凡并覆塑的低碳钢丝经机器编织而成的六边 形双绞合金属网面,将其置于土体内部用以加固士 体是一种新型的土工加筋技术[12]。文献[[6, 12]表明, 与传统土工格栅加筋方案相比,格宾网加固红层斩 岩土石混合体获得了更好的强度特性、更佳的约束 路堤土体变形的能力。然而,由于对格宾网加筋红 层软岩土石混填路堤力学行为缺乏系统研究,目前 国内尚无相关的规范、规程指导设计与施工,可供 参考的研究资料仍相当医乏。为此,本文结合格宾 网加筋红层软岩土石混填路堤原位试验和FLAC;I 数值模拟分析,研究格宾网筋材变形、路堤内部港 在破裂面、路堤竖向土压力、水平土压力、石笼t 面变形等力学性状,并分析地基土的压缩模量和强 度指标及路堤填料压实度变化对格宾网加筋红层斩 岩土石混填路堤力学行为的影响,为格宾网加筋红 层软岩土石混填路堤的设计和施工提供重要参考。
 
  2试验路堤概况及FLAC3D数值模型
 
  试验路堤概况及观测点布置
 
  某高速公路地貌以丘陵地貌为主,微地貌为冲洪积平原,其部分路段采用了格宾网加筋红层软岩土 石混填路堤结构。试验路堤下部为含石笼(格宾网箱 内填充石块)面墙的格宾网加筋土结构(见图1(a)), 上部为坡面格宾网反包的格宾网加筋土结构(见 图1(b))。现场测试元器件布置方案如图1(c)所示, 从距石笼面墙内侧1.2 m处开始,每隔1.2 m在格 宾网上沿垂直于路堤中线方向安装一个柔性位移 计;沿垂直于路堤中线方向,距石笼面墙内侧0.8}- 1.0 m处开始每隔1.5 m在相应标高处土层内埋设一 个竖直土压力盒;在每个石笼背面安装一个水平土 压力盒;在路堤上、中、下选择3个石笼,分别在 其与路堤填土接触的背部布置4个柔性位移计监测 其水平和竖直方向上的变形(见图1(a), 1(c));在 路堤坡面上、中、下分别取点监测路堤坡面位移。
 
  格宾网筋材变形分析
 
  格宾网筋材沿筋长方向的变形随路堤填筑进度 变化规律如图3所示。由图可以看出,随着填土高度的增加,格宾网筋材拉应变呈逐渐增大趋势,路 堤填筑初期格宾网拉伸变形增长速度快、后期增长 慢,停止填土后趋于稳定。这主要是由于填土高度 增加后,格宾石笼面墙所受水平土压力增加,使得 墙后格宾网筋材与填料之间的相互作用效果逐渐发 挥,在格宾网内产生足以平衡石笼面墙所受增量水 平土压力的筋材拉力,使得格宾网筋材拉应变有一 定幅度增长。
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  石笼在墙背平面内竖直方向受到压 缩,水平方向的变形以受压为主,但亦有受拉情况 出现,这主要是由于石笼沿公路纵向的沉降不均匀 以及水平土压力分布不均匀等引起的。例如,第7 层石笼背面上部纤维以受压为主,其下部纤维以受 拉为主,这类似于受弯梁的变形特征。石笼在墙背 平面外的变形以向外鼓胀为主。
 
  (1)路堤填筑初期格宾网拉伸变形增长速度快、 后期增长慢;格宾网拉应变沿路堤横断面非均匀分 布,存在一个或多个峰值点。格宾网加筋红层软岩 土石混填路堤内部潜在简化破裂面上线段倾角与墙 面倾角相等、上线段顶点距离墙顶的水平距离为 0.4H C H为墙高),下线段起于墙趾、与上线段的交 点距墙底的竖直距离为0.4H。
 
  (2)石笼面墙在填土荷载作用下在墙背平面内 类似梁弯曲变形,在墙背平面外以向外鼓胀变形为 主。
 
  (3)随路堤填筑高度增加,路堤同一标高处填 土竖直土压力为非均匀分布,石笼面墙背附近土压 力偏小,在格宾网筋材中部、后部土压力偏大,形 成一个或多个竖直土压力峰值点。随路堤填筑高度 增加,路堤水平土压力沿墙高非线性分布,墙背水 平土压力上部小、下部大,当路堤填筑高度在7.5 以上时,墙背水平土压力接近朗肯主动土压力值。
 
  (4)随看加筋长度增加和加筋间距减小,路堤 的沉降和石笼墙面侧移呈减小趋势。水平加筋长度 变化和竖向加筋间距变化对路堤侧移的影响明显大 于对沉降的影响。为控制路堤的侧移和沉降,格宾网。
 
 


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