颗粒粒径对土工格栅筋土界面摩擦特性的影响研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wzhi8
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随着我国经济的不断发展,加筋土技术广泛应用于各类土木工程建设中,土工格栅作为一种主要的加筋材料,具有抗拉强度大、蠕变小、适应各类环境土壤的优点,广泛应用于加筋土结构中。目前,土工格栅加筋土界面摩擦特性研究也是土木工程研究的热点话题之一,虽然国内外学者对于筋土界面的加筋作用机理进行了大量的工作研究,但由于影响加筋土界面特性的因素众多,加筋机理复杂,尤其是加筋土领域中,适用于加筋的填料不一,特别是目前针对于填料的相关研究还比较缺乏。本文基于拉拔试验以及离散元模拟对主要研究内容及取得成果如下:(1)整理国内外学者的相关研究,引出加筋机理,制定试验方案;根据规范要求对试验所用土工格栅进行拉伸试验等物理性能试验,以便进行数值模拟时参数确定;对砾石、标准砂、粉土进行直剪试验等土工试验,进行不同填料的试验结果分析。(2)在法向静荷载作用下时,在不同填料中进行拉拔试验,分析了不同法向应力、不同拉拔速率对筋土界面摩擦特性的影响,法向应力越大,最大拉拔力越大,拉拔速率的影响反而并不明显,但总体来说,拉拔速率越大,最大拉拔力越大;分析了格栅不同嵌入长度、不同横肋个数对拉拔力的影响,格栅横肋对填料的嵌固力在拉拔力中起主要作用,纵肋的表面摩擦是在拉拔前期发挥作用,而横肋是在中后期起到抗拉效果;最后以填料作为变量,分析颗粒粒径的大小对筋土界面摩擦特性的影响,颗粒粒径越大,颗粒表面越不规则,与格栅网孔的嵌固力增大,进而使得拉拔力增大;在法向动荷载作用下时,进行不同荷载频率、幅值的拉拔试验,结果表面最大拉拔力随荷载频率的增加而增大,且其增大的幅度随幅值的增加而增大。(3)使用PFC2D离散元软件进行数值模拟,首先建立填料的直剪试验模型以及格栅的拉伸试验模型,对室内直剪试验结果和拉伸试验结果进行标定,使室内试验曲线与模拟曲线相互拟合,确定参数可用后建立拉拔试验模型,模拟所得应力应变分析规律结果与室内拉拔试验较为一致,表明该数值模拟可以较准确地模拟筋土的拉拔过程,模拟试验结果可行;定义粒孔比,对于同一种填料,改变其粒径级配,确定颗粒粒径与格栅网孔尺寸的粒孔比,发现随着粒孔比的增大,筋土之间的黏聚力和内摩擦角增大。分析其细观参数,包括位移场、孔隙率、配位数、接触力链等,从细观角度展示了颗粒运动及力链的演化过程,接触力的分布决定了试样宏观的力学性质。通过配位数和孔隙率等细观参数、试样内部土颗粒旋转及砾石颗粒间接触力分布情况直观地展现了拉拔试验结果的影响。在拉拔过程中,颗粒之间接触链的产生方向与拉拔方向一致,并随着拉拔位移增大,接触力链越加密集和粗实。
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