凸榫土工格栅结构特征及其对粗粒土的加固机理研究

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凸榫土工格栅是一种新型的土工合成材料,它具有网状结构和凸榫结构,凸榫结构能提供比传统土工格栅更大的摩擦阻力。目前对加筋土的研究主要以室内模型试验与现场试验为主,由于筋土之间相互作用的复杂性,加筋机理的研究尚未形成一套系统的理论,很大程度上限制了加筋土技术的发展。本文以凸榫土工格栅与粗粒土的界面作用特性为主要的研究对象,进行了凸榫土工格栅与无凸榫土工格栅在不同粗粒土中的拉拔试验,分析对比有无凸榫结构对筋土界面特性的影响;采用FLAC3D有限元软件对比分析不同凸榫土工格栅的结构特征对筋土界面的影响,同时采用PFC3D离散元软件从细观角度研究了凸榫土工格栅与粗粒土拉拔试验以及筋土相互作用机理。本文的研究有助于进一步提升筋土相互作用的认识,并得出如下的认识:(1)通过室内拉拔试验,凸榫格栅比无凸榫格栅的界面剪应力提升6.1%~28.8%,凸榫结构对界面内聚力的贡献值约2.04 k Pa~5.13k Pa,对界面内摩擦角贡献值约1.61°~2.25°。(2)对凸榫土工格栅结构特征的数值模拟,可得到的认识为:随着凸榫厚度的增加,筋土界面强度所有提高,且在土颗粒较小的填料中起到的界面增强效果较好;随着凸榫边长的增加,虽界面强度有所提高,但按筋材面积计算的界面强度却有所减小,节点凸榫与中间凸榫的边长同时增加的设计方案最好;随着格栅网格尺寸的增加,按筋材面积计算的界面强度逐渐提高,网格尺寸250mm×200mm的界面似摩擦系数最大。(3)从细观角度对凸榫土工格栅与粗粒土拉拔试验数值模拟分析,格栅内部的拉力在第一条横肋与凸榫处出现明显的下降,土体应力也在第一条横肋处集中,且筋土界面上出现明显的剪胀行为;拉拔初期拉拔阻力主要由凸榫阻力与摩擦阻力承担,之后由摩擦阻力与横肋阻力承担,凸榫格栅比无凸榫格栅的剪应力增加11.7%~36.9%;拉拔阻力随着土颗粒的粒径增加而增加,但其增长幅度有所减小。
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