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1、第33卷第4期冰川冻土Vol.33No.42011年8月JOURNALOFGLACIOLOGYANDGEOCRYOLOGYAug.2011文章编号:1000-0240(2011)04-0914-08冻融循环后筋土复合体加载破坏试验研究1211汪恩良,介玉新,常俊德,钟华(1.黑龙江省水利科学研究院,黑龙江哈尔滨150080;2.清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084)摘要:模拟野外实测降温过程,对筋土复合体进行开敞条件下的冻融循环,然后对筋土复合体进行加载破坏试验,得到加载过程中墙体的竖向变形与墙面的水平位移结果.对试验结果进行有限
2、元数值计算,其中土的本构模型采用Drucker-Prager(D-P)理想弹塑性模型,单元类型选用四节点平面等参单元,把筋材的作用等效成附加应力沿筋的方向加在土骨架上,取加筋土中的土体进行计算.结果表明:筋土复合体冻融循环后在约束固脚的方式下进行加载试验,破坏形式以沉降变形破坏为主,墙体中部产生的变形增量最大;等效附加应力法单元网格划分中只出现土单元,取消了模拟筋材的单元和筋-土之间的界面单元,可以直接利用素土的本构模型,不必针对加筋土复合体建立复合材料的本构模型,计算结果符合一般规律;冻融循环使表层土变得疏松,局部变形偏大,导致模型试验实测值大于有限元计
3、算值.关键词:筋土复合体;冻融循环;加载破坏;有限元分析中图分类号:P642.14文献标识码:A季节冻土区,气温下降过程中土体温度达到土1试验内容及方法中水结晶点时,冻结-融化层便产生冻结.随着土中孔隙水和外界水源补给水结晶而形成多种形式的冰筋土复合体是筋材、土体与墙面板组成复合结侵入体,引起土体体积增大,导致冻胀发生.到了构,在季节冻土区应用要经受多年的冻融循环.本春季,冻结后的土体从表层开始融化,而冻土层的次试验研究在两次冻融循环后,在复合体顶面施加下层尚未融解,水分无法下渗,使土体处于饱和及过饱和状态,导致地基承载力降低.一旦土体中冰侵入体消融成水,
4、而土体又未能完全排水固结,就会使上部建筑物发生沉陷变形,这种因土体冻结-融化给工程造成的过大变形或破坏就是工程冻害问[1]题.由于约束应力对土体冻胀有明显的抑制作用,试验研究发现,加筋可以起到削减水平冻胀[2-4]力,减少工程冻害的目的.因此,加筋成为减小冻胀的有效措施.本文通过塑料土工格栅-土复合体在开敞条件下冻融循环后进行加载破坏试验,研究荷载的大小图1筋土复合体结构示意图与挡墙位移之间的关系,并用有限元法进行分析,Fig.1Structuralrepresentationofthe将两种结果进行了比较.reinforcedwall(unit:cm)收
5、稿日期:2011-03-21;修订日期:2011-05-24基金项目:国家自然科学基金项目(50979047);黑龙江省科技攻关计划项目(GZ10A503)资助作者简介:汪恩良(1971-),男,河北滦南县人,高级工程师,2008年在哈尔滨工业大学获博士学位,现主要从事工程冻土及建筑物冻害防治技术研究.E-mail:hljskywel@163.com4期汪恩良等:冻融循环后筋土复合体加载破坏试验研究915荷载,测试加载过程中筋土复合体结构的应力及变侧壁上涂一层防冻硅油,砌块与侧壁的连接处铺设形的变化过程,为加筋土挡墙设计的理论研究提供聚乙烯板隔离以减小摩擦
6、力.基础性数据.本次模拟试验筋土复合体的结构示意筋土复合体模型制作严格控制压实密度,回填图见图1.土全部采用预先备好的土样,分层填筑,按最大干1.1试样的制备容重的90%控制压实度,每层的击实厚度为5~10试验用黏土取自哈尔滨市郊区薛家土场,黏土cm.模型填筑完毕后进行补水饱和.在模型箱的底[5]土样按5土工试验规程6(SL237-1999)的要求进板上设置补水层,与箱体外补水箱连接,根据试验行试验,土质为低液限黏土,其主要物理力学指标需要设定水位,保证土体饱和时的毛细水补给和冻如表1所示,颗粒分析曲线见图2.加筋采用TG-结过程中迁移水分的补给.同时,从
7、模型顶面灌水DG35型单向拉伸塑料土工格栅.制作模型所用填依靠水的重力作用进行补水.土要求在室温条件下自然风干、粉碎、过5mm筛.为保证挡土墙在降温过程中实现双向冻结,对填土的干密度控制在最大干密度的90%.墙体进行保温处理.模拟季节冻土区下部非冻土,表1试验用黏土主要物理力学指标模型箱底板下铺10cm厚聚苯乙烯泡沫保温板,底Table1Physicalandmechanicalindexes板上层埋设加热装置,温度可控,使墙体下层地下ofthesilty-clayspecimen水位不冻结,并且在升温融化时能够实现双向融参数数值参数数值化,保证冻结曲线符
8、合野外观测结果.箱体底部周土粒比重围用20cm厚聚苯乙烯泡沫保温板
