试析土工合成材料加筋地基的极限平衡设计与加筋材料的研究

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1、武汉理工大学博士学位论文土工合成材料加筋地基的极限平衡设计与加筋材料的研究姓名：王协群申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：朱瑞赓20031001武汉理工大学博士学位论文摘要土本身是一种弱胶结颗粒的集合体，有时它需要一种二维或三维的连续介质去提高其整体性，改善其抗拉、抗剪性能。这种连续介质最理想的就是土工合成材料，它的不同种类以其优越的加筋、排水、隔离、防渗等性能在工程中发挥了重要作用。加筋士技术的发展得益于法国工程师HenryVidal的工作，他用镀镍条钢作筋材建筑了加筋土挡墙，同时，他还预见到加筋材料可以提高地基的承载力。随着土

2、工合成材料产品的开发，目前使用的筋材类型越来越丰富，性能越来越优越。实践中，加筋地基主要用于堤的软基加筋、油罐和气罐及条形基础的地基加筋。加筋地基的设计内容包括承载力、变形和稳定性计算，故加筋地基的范畴和目的包括增加地基承载力、减小沉降和不均匀沉降，以及提高抗滑稳定性等。伴随工程实践的增多、加筋土模型试验和设计方法也在发展。但总体来说对加筋机理的研究和效果的评价还不够完善，在设计和施工方法等方面部存在一些课题需进一步研究。目前的状况是应用量大，使用后效果也良好，并且实践远远超前于理论。特别是在浅基础加筋上的应用，到目前为止，估计加筋地基

3、因筋材提高的承载力以及沉降计算尚缺乏实用的公式。还缺少成熟的可写进规程中的加筋土地基的设计方法。本文以国内外一些研究成果为基础，力图在加筋地基的承载力确定、加筋地基设计方法、筋材特性和新型加筋材料的开发等方面做一些工作。本论文的主要内容如下：(1)介绍了土工合成材料的功能和分类，统计了几种土工合成材料国内外应用情况：较详细论述了土工合成材料加筋土技术的发展及应用；分析了加筋地基的应用和研究现状以及在设计中存在的问题。(2)对加筋材料的种类、各种材料的特点进行分析，总结其选用原则。可用于浅基础加筋的土工合成材料有土工织物、土工格栅和土工复

4、合材料等；对填土料的取用进行了评价。(3)论文主要探讨了新型加筋材料电动土工合成材料EKG研制过程中所遇到的材料形式、导电方式、导电性能以及电蚀等问题的解决方法。得出研制出的导电塑料应用于EKG能克服金属在土中导电时的腐蚀。模型试验结果较为满意。——．——．壁堡矍三盔堂竖圭兰垡堡兰!并提出TEKG加筋的设计方法。在用于现场固结排水和地基、土坡加筋方面，尚需进一步进行原型试验研究。(4)加筋土结构中应用的土工合成材料，其蠕变特性对确定容许抗拉强度至关重要，对不同聚合物的筋材、对长期强度与变形有具体要求的加筋土结构，都要给出更准确的蠕变折减

5、系数。文中介绍和研究了不同的蠕变试验手段，比较了获得两种蠕变曲线的试验方法，并给出了两种蠕变曲线一定范围外推的数据处理方法；给出怎样根据设计使用年限的长期蠕变强度或容许应变来确定蠕变折减系数的方法，并用计算实例来说明。(5)本文探讨了宾奎特法与改进太沙基法，分析了两神方法的不足之处。结合规范对计算公式进行分析和整理。论文充分利用现有两种方法的成果，避免重复性试验工作，进一步加深理论分析和研究。(6)本文从筋材断裂和筋材拔出两种极限状态进行深入分析。运用极限平衡原理推导出加筋地基极限承载力公式，根据压力扩散线外侧筋材锚固段的平衡推导出确定

6、筋材长度的公式。其中，公式计算的极限承载力与已发表的模型试验结果相比较，取得相吻合的结果，表明了这种计算方法的适用性。(7)加筋地基设计目前存在的问题主要有以下几个方面：一是在加筋土垫层中，土1二合成材料筋材的长度和设计拉力如何确定；二是如何正确估计筋材拉力对地基承载力的改善；三是运用地基承载力设计公式时，怎样考虑压力扩散和埋深修正作用。本文提出对上述问题的解决办法，推导出合理的计算公式，将设计公式和“建筑地基基础设计规范扎以及“建筑地基处理技术规范”结合使用，建立了加筋土地基较完善和简便的设计方法，包括地基的承载力大小、筋材的强度和布

7、置要求等。本文提出的设计方法成功应用于湖北省黄石市合兴闸的改建工程，该实例和设计方法已被多部专著和手册引用。(8)二三维土工格室的承载力计算公式相当缺乏，论文中指出R．M．Koerner提出的土工格室承载力计算公式不符合力的平衡原理，并推导出土工格室加筋地基承载力的改进公式，用算例比较了有无土工格室加筋的效果。关键词；土工合成材料；加筋地基；筋材；土工织物；土工格栅：土工格室；电动土工合成材料：极限平衡分析：地基承载力：设计武汉理工大学博士学位论文iiiABSTRACTForengineeringpurposes，soilisdefin

8、edastheuncementedaggregateofmineralgrainsanddecayedorganicmatter(solidmatter)withliquidandgasintheempty