土工格栅-砂土界面摩擦特性的试验及数值分析

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土工格栅以其优良的工程特性,广泛运用在加筋土结构中,如加筋边坡、加筋挡土墙及地基处理。土工格栅作为加筋土结构的加筋筋材,可以有效地提高加筋土结构的整体综合性能,其中筋土界面的摩擦作用特性直接影响加筋土结构的安全与稳定性,因此研究筋土界面的摩擦作用特性有重要的工程意义。本论文首先针对土工格栅进行室内拉拔试验,研究分析格栅横肋百分比R_c(剩余横肋数与完整筋材试样横肋数的比值)、格栅裁剪方式、格栅宽度、界面正应力、拉拔速率和动载等因素对筋土界面摩擦作用特性的影响。结果表明:界面摩擦力占总拉拔力的比值随横肋百分比的增加而减少;错位裁剪方式(R_c=50%)对应的拉拔力达到筋材极限抗拉强度而发生破坏,说明格栅横肋均匀分布所维持的网格结构是格栅加筋的关键所在;较宽格栅单宽拉拔力略大于稍窄格栅;端承阻力占拉拔力百分比随着法向应力的增加而降低;加载初期格栅拉拔速率越小,达到相同位移时所需拉力越大;同时发现加载端格栅应变随拉拔力的增大先增大后减小,体现出加载端土体对格栅的粘接力先增大后减小,且粘接力峰值随拉拔力增大而增大并后移到格栅中部位置;动载频率对筋土界面摩擦作用影响不大。其次,进一步研究土工格栅纵、横肋对加筋土复合材料的加固作用,综合分析了格栅纵肋根数、格栅筋材长度、格栅横肋个数和格栅横肋位置的影响。结果表明:筋土界面之间的摩擦力随纵肋根数的增加而线性增加;靠近加载端的横肋比自由端的能更好地限制筋材位移,横肋位置对拉拔过程中筋材受力影响显著;格栅长度越大,加筋效果越好。最后,借助PFC数值分析平台对土工格栅和砂土的拉拔试验进行三维建模,综合分析了格栅网格尺寸、格栅横肋厚度和格栅横肋间距等因素的影响,模拟结果表明:离散元数值模拟总位移演化规律图可以把拉拔试验过程分为三个阶段:未产生相对位移阶段、砂土位移传递阶段和砂土位移由加载端传递到自由端,剪切带形成阶段;网格尺寸对筋材受力的影响呈幂函数变化、横肋厚度对筋材受力的影响呈二次多项式曲线变化、横肋间距对筋材受力的影响呈幂函数变化。
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