加筋红土力学性能试验及其在挡墙中的应用研究

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红土是一种区域性特殊土,在我国秦岭-淮河以南区域分布广泛,进行公路、铁路、房屋等工程建设时不可避免会涉及红土。相比于普通的细粒土,红土力学性能较好却具有较差的物理特性和水理特性。在红土中加入土工合成材料形成加筋复合体,是改良红土性质的有效手段之一。目前,关于加筋红土力学性能的研究较少,严重影响了加筋红土在工程中的应用。本文以重塑细粒红土为研究对象,通过一系列室内试验对比分析了未加筋红土和加筋红土的强度、变形以及破坏形态的差异,并通过直剪界面试验和三轴试验数值模拟研究了筋土相互作用,分析了加筋机理,最后探究了红土用作加筋土挡墙填料的可行性,并在此基础上进行了参数分析,分析了不同工况下加筋红土挡墙的工程特性。主要研究成果如下:(1)红土的压缩性随含水率的增加和压实度的减小而增加,无侧限抗压强度随含水率的增加和压实度的减小而降低,含水率的影响更为显著,加入筋材可以在提高无侧限压缩强度的同时将试样由脆性破坏转变为延性破坏。(2)在三轴应力状态下,红土的抗剪强度随含水率的增加而减小,随压实度的增加而增加。加筋对红土的影响主要体现在对低围压下试样应变软化的抑制和对峰值偏应力的提升两个方面,加筋效果随筋材刚度、加筋层数和土体含水率的增加而增加,随围压的增加而降低。另外,试验结果也表明筋材能够很好的抑制试样的侧向变形,加筋对抗剪强度参数的影响主要表现为黏聚力的增加,对内摩擦角的影响不大。(3)筋土界面抗剪强度随含水率的增加而减小,三轴试验数值模拟的结果表明界面的摩阻力使筋材附近一定范围内土体的应力场发生改变,增大了土体的小主应力,改变了土体的破坏模式,一定程度上提高了加筋土的整体强度,用等效围压机理可以很好的解释三轴试验现象,且加筋效果跟红土的表观黏聚力有关,表观黏聚力越大,加筋红土的三轴压缩强度增大更不明显。(4)加筋红土挡墙数值模拟的结果表明红土可以用作加筋土挡墙填料,在此基础上对填土含水率、筋材刚度、筋土相互作用、超载及局部荷载进行了参数分析,根据参数分析结果提出了相应的工程实践建议,特别是加筋红土挡墙应做好防水排水措施。
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