格栅加筋土挡墙结构特性及破坏机理研究

论文题目: 格栅加筋土挡墙结构特性及破坏机理研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 固体力学

作者: 周世良

导师: 刘占芳

关键词: 格栅加筋土挡墙,现场实验,模型试验,多孔介质理论,弹塑性,有限元动态分析

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 加筋土挡墙是由面板、填料、筋材等组成的复合结构,近年来已广泛应用于公路、水运、水利、铁路等各类土建工程的支挡结构中,取得了极为广泛的经济效益、社会效益和环境效益。对于加筋土挡墙结构特性和破坏机理的研究,各组成成分各自的工程力学特性以及它们在不同工况下的相互作用特征研究是关键。尽管各国工程界和学术界不断通过各种手段,开展了大量的研究工作,但这些关键问题远没有被研究清楚,有的甚至还十分模糊。加筋土挡墙传统的分析方法建立在加筋土体极限平衡理论基础上,无法将结构的强度和变形统一考虑,无法计算面板位移和填土沉降等。70年代后期才开始的加筋土结构有限元分析将结构变形协调与力的平衡结合起来,使某些复杂的性质及过程的模拟成为可能,但至今为止加筋土挡墙结构特性的数值分析研究仍处于初期阶段,如考虑动力荷载作用较少,一般都不考虑水的作用,或仅将水作为一种外部荷载以静止水压力的形式作用在结构上。由于理论上的缺陷,在目前的加筋土挡墙结构设计中,同样没有考虑动荷载及水与筋土复合体的相互作用,使加筋土挡墙在工程应用中出现种种问题,如变形过大,甚至破坏。工程中的土体通常以饱和或非饱和状态存在,是固-液-气多相复合体,是一种典型的多孔介质。土体颗粒组成的孔隙结构构成可变形骨架,以变形为其运动学特征;流体充满互相连通的孔隙,以流动为特征。因此,实际的岩土工程问题都是典型的流固耦合问题。然而将土体视为多孔介质,利用混合物理论、多场耦合理论对加筋土挡墙的结构特性及破坏机理的研究到目前为止尚未开展,这必然会影响加筋土理论的进一步发展和加筋土技术的推广应用。本文在分析加筋土挡墙国内外研究动态及两相多孔介质流固耦合作用分析中所取得的研究成果的基础上,采用理论分析、现场试验、模型试验和数值模拟方法,开展台阶式格栅加筋土挡墙结构特性和破坏机理研究。论文的主要工作和结论如下:⑴对加筋土理论研究中普遍关心的筋—土相互作用机制和加筋土的分析理论等问题的研究成果进行了回顾;对加筋土挡墙结构稳定性分析的主要内容及主要的分析方法进行了分析比较;根据土工格栅加筋土挡墙的结构特点,对其进行了强度特性分析,提出了土工格栅不仅可以提高加筋土体的内聚力而且可以增大其内摩擦角的重要概念,在此基础上进行了理论分析和推导,得到了土工格栅加筋土挡墙拉断破坏和粘着破坏时的承载力。⑵阐明了影响加筋土挡墙结构特性的主要因素。分析讨论了土体的变形特性

论文目录:

中文摘要

英文摘要

插图及附表清单

1 绪论

1.1 引言

1.2 加筋土挡墙国内外应用及研究进展

1.2.1 加筋土挡墙的研究历程

1.2.2 加筋土挡墙的试验研究

1.2.3 加筋土挡墙的设计理论研究

1.2.4 加筋土挡墙技术交流及工程应用

1.3 多孔介质理论国内外研究进展

1.4 论文的主要研究内容

1.4.1 目前存在的主要问题

1.4.2 论文的主要研究内容

2 加筋土基本理论及加筋土挡墙稳定性分析方法

2.1 引言

2.2 加筋土的基本原理

2.2.1 筋—土相互作用

2.2.2 加筋土分析理论

2.3 加筋土挡墙稳定性分析方法

2.3.1 内部稳定性分析方法

2.3.2 外部稳定性分析方法

2.4 土工格栅加筋土挡墙强度特性及承载力

2.4.1 土工格栅加筋土挡墙强度特性

2.4.2 土工格栅加筋土挡墙承载力分析

2.5 小结

3 土体及筋土复合材料本构模型

3.1 引言

3.2 土体的变形特性

3.3 土体的本构模型

3.3.1 土体的弹性本构模型

2.3.2 土体的弹塑性本构模型

3.4 筋土复合材料的本构模型

3.4.1 应变相容概念

3.4.2 自洽方法

3.4.3 筋土复合材料的弹性性能和屈服准则

3.5 小结

4 土工格栅材料特性及加筋土挡墙试验研究

4.1 引言

4.2 土工格栅材料特性测试

4.2.1 不同荷载作用下筋带的变形观测

4.2.2 筋带的应力—应变关系

4.3 现场试验

4.3.1 土压力测试

4.3.2 筋带拉力测试

4.3.3 墙面变形测试

4.4 模型试验

4.4.1 土压力测试

4.4.2 筋带拉力测试

4.4.3 墙面变形测试

4.5 小结

5 格栅加筋土挡墙弹塑性有限元分析

5.1 引言

5.2 岩土工程数值分析方法概述

5.3 有限元分析方法

5.3.1 有限元系统平衡方程

5.3.2 直接积分法

5.3.3 振型叠加法

5.4 弹塑性有限元动态分析程序设计

5.4.1 程序的功能和结构

5.4.2 程序设计中的若干问题

5.5 格栅加筋土挡墙弹塑性有限元动态分析

5.5.1 有限元网格划分

5.5.2 计算参数确定

5.5.3 计算结果分析

5.5.4 台阶式格栅加筋土挡墙设计方法研究

5.6 小结

6 饱水格栅加筋土挡墙弹塑性有限元分析

6.1 引言

6.2 基于混合物理论的多孔介质理论

6.2.1 体积分数概念

6.2.2 运动学

6.2.3 平衡方程

6.2.4 熵不等式

6.3 液饱和两相多孔介质模型

6.4 液饱和多孔介质弹塑性有限元动态分析方法

6.4.1 控制方程

6.4.2 有限元平衡方程的建立

6.4.3 有限元平衡方程的求解

6.5 饱水格栅加筋土挡墙弹塑性有限元动态分析

6.5.1 有限元网格划分

6.5.2 计算参数确定

6.5.3 计算结果分析

6.6 小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 进一步工作的展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-05

参考文献

[1].生态型加筋土挡墙动静力学特性试验研究与数值分析[D]. 刘泽.中南大学2012
[2].土工格栅加筋土挡墙力学特性试验研究[D]. 陈华.中国铁道科学研究院2011
[3].静载下H-V加筋土挡墙的作用机理及稳定性研究[D]. 周淮.上海大学2011
[4].格栅加筋土挡墙性状[D]. 王继成.浙江大学2014
[5].双绞合六边形钢丝网加筋土挡墙设计理论与试验研究[D]. 黄向京.中南大学2010
[6].土工格栅蠕变特性及其加筋结构长期工作性能分析[D]. 汪承志.大连理工大学2011

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