软土地基加筋灰土路堤离心模型试验及数值模拟

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1、同济大学土木工程学院硕士学位论文软土地基加筋灰土路堤离心模型试验及数值模拟姓名：叶铁锋申请学位级别：硕士专业：地质工程指导教师：陈建峰20090301摘要加筋对提高土工构筑物的稳定性已为人们熟知，但理论研究成果落后于工程实践。石灰土路堤在我国北方和南方公路建设中已得到较多的应用，其便于就地取材，降低建设成本。目前对软土地基石灰土路堤、特别是加筋后的变形性状及稳定性方面的研究还很少，本课题采用离心模型试验和数值模拟手段研究软土地基加筋石灰土路堤的性状及加筋机理。本文进行了A、B两组石灰土路堤离心模型试验，其各包含1个加筋路堤离心试验和1个用于对比分

2、析的不加筋试验。A组试验采用的模型率为100，用变加速度方法模拟路堤的分级堆载，并在地基中打设了竖向排水体。根据固结度相似的原则推导了模型砂井与原型砂井的相似公式，并根据宽条拉伸试验确定采用一种三维土工网夹层来模拟原型土工格栅。试验中，在地基土中及其表面布设了位移计、孔隙水压力计和土压计，在模型土工格栅上粘贴了微型应变片以测试加筋拉力。A组试验结果表明：加筋减少了沉降量，加筋路堤呈现较明显的地面隆起，而不加筋路堤主要表现为沉降；加筋和不加筋路堤地基中两者的孔隙水压力基本接近，在每一堆载休止期，孔隙水压力都呈较明显的消散；加筋明显扩散了路堤堆载压力

3、，加筋路堤中心下地基土压力比不加筋路堤要小6～10％，而坡脚下土压力前者比后者大40％左右；模型格栅拉力随加速度的增大变化规律较好，在休止期拉力持续增大，与沉降规律一致；在堆载高度O--2m期间，格栅拉力分布较均匀，其后格栅中心处拉力明显比两侧增大，加筋对提高灰土路堤的稳定性作用明显。B组试验采用模型率为80，模拟的是一次性堆载，且地基中未打设竖向排水体。B组试验结果表明，加筋路堤中心沉降量比未加筋路堤减小将近一半，加筋延缓了路堤开裂，减小了裂缝宽度，提高了路堤的稳定性。对A、B两组离心模型试验进行了数值模拟。A组离心模型试验数值模型几何尺寸与试

4、验尺寸相同，以模拟变加速度分级堆载过程。数值模型计算的路堤和地基中的位移、土压力、孔隙水压力和加筋拉力，与离心模型试验实测结果一致或接近。采用该数值模型分析了不加筋、加1层筋和加2层筋时灰土路堤和地基的沉降和水平位移，表明不加筋路堤的中心沉降量和坡脚下地基水平位移比加1层筋时明显大一些，而加2层筋其位移与加1层筋接近。B组离心模型摘要试验数值模型是按原型尺寸建立的，模拟结果与离心模型试验原型结果相近。采用B组离心模型试验数值模型，分析加筋层数、筋材模量、筋土界面和地基土等因素对软土地基灰土路堤性状的影响。分析结果表明，砂垫层加筋、砂垫层及路堤底部

5、1／4处加筋路堤的沉降、水平位移较不加筋情况减小明显，而再加筋对减小路堤沉降和地基水平位移影响不大；加筋没能减小地基的垂直有效应力，但使其分布趋向均匀；加筋对路堤及地基变形的影响深度约为7m；筋材发挥的拉力不到其极限抗拉强度的30％，产生的拉伸率约为2％；筋材与路堤土的模量比在3．4之间较为合适；筋土界面力学性质对路堤变形和筋材拉力的影响很小。最后，提出了本研究进一步工作的方向。关键词：路堤，离心试验，软土地基，灰土，土工格栅，数值模拟IIABSTRACTThestabilityoftheearthstructurecanbeerdaancedb

6、yreinforcementhasbeenknownverywell，butofwhichthetheoryfellbehindtheprojectpractice．Embankmentswithlime-stabilizedsoil，easytogetonspotandreducetheconstructioncost，havebeenappliedinnorthandsouthhighwayconstructioninChina．Atpresent，theresearchonreinforcedembankmentwithlime-stabi

7、lizedsoilasbackfillonsoftclay,especiallyonthedistortionandstabilityafterreinforcement，isverylimited．Thisdissertationtookcentrifugalmodeltestandthenumericalanalysisasmethods，launchedtheresearchonthepropertiesandreinforcementmechanismofreinforcedembankmentwithlime-stabilizedsoi

8、lasbackfillonsoftclay．Thestudytooktwosetsofcentrifugalmodeltestsonre