土工格室加筋软岩巷道底板试验研究及理论分析

论文摘要

土工格室是近年来被广泛使用的一种新型特种土工合成材料。土工格室以其空间侧向约束机理使土体表现“似粘聚力”和侧向应力扩散效应，使加筋土体的承载力大大提高。本文以矿山巷道工程为背景，提出采用土工格室加筋石灰—粉煤灰固化软岩泥化物，治理泥岩巷道遇水泥化而形成的泥泞道路，形成无铺面地下运输道路。通过室内配比试验、条带拉伸试验、大型承载板试验及理论分析与数值模拟等方法，开展的主要研究内容及取得成果如下： 通过X-荧光分析试验与扫描电镜（SEM）分析了泥岩的矿物成份和微观结构，揭示了泥岩的泥化机理；并通过对不同配比的石灰、粉煤灰和风干泥化物混合料击实试验得到了石灰—粉煤灰固化泥化物的最优配比（质量百分比）为：1∶2∶7，采用无侧限抗压强度试验分析混合料中泥化物含水量对混合料强度的影响，最优配比下固化物强度随龄期的发展规律及其微观机理，并采用压缩试验、三轴试验等试验方法得到了固化物的物理力学特性。 采用条带拉伸试验法，对高密度聚乙烯（HDPE）窄带进行拉伸试验研究，分析HDPE材料应变率相关的应力～应变特性，得到HDPE材料拉伸模量、最大拉伸应力与应变率的关系，提出应变率相关的应力～应变关系数学模型，并根据实际工程应变特点，详细分析了在小应变条件下HDPE条带的应力应变关系数学模型，给出了模型参数的物理意义，并就所提出的模型与试验结果进行对比分析。 根据土工格室加筋土体的力学机理，采用极限平衡分析法，利用三角形条块法求作用在三角形刚性楔体两滑动剪切面上的被动土压力，并考虑了土—土工格室侧壁相互作用对地基承载力的贡献，以及土工格室膜的“环向应力”效应使土体获得的“似粘聚力”对承载力的贡献，提出土工格室加筋软基承载力公式，与已有的公式进行了对比分析，并采用数值分析和已有模型试验结果，验证了公式的合理性和正确性。 通过单向压缩试验和大型承载板试验深入研究了土工格室加筋土体的承载力特性及加筋机理，分析了土工格室加筋不同填料的承载力特性及破坏模式、加筋复合结构体中土工格室的拉伸应变特性、应力扩散效应、填土对格室侧壁作用力特性以及加筋复合结构体的等效模量计算方法，最后采用塑性力学理论

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.3 土工格室的结构型式、工程特性及其工程运用
• 1.3.1 土工格室的结构发式
• 1.3.2 土工格室的工程特性
• 1.3.3 土工格室的工程应用
• 1.4 土工格室加筋土复合结构体研究现状综述
• 1.4.1 土工格室加筋土体的试验研究
• 1.4.2 土工格室加筋土体复合结构的加筋机理
• 1.4.3 土工格室与填土相互作用研究
• 1.4.4 土工合成材料应力应变关系
• 1.4.5 土工格室加筋地基承载力
• 1.4.6 土工格室加筋土体数值分析方法
• 1.5 石灰—粉煤灰固化土实验研究及工程应用综述
• 1.5.1 石灰—粉煤灰固化土体的功能概述
• 1.5.2 石灰—粉煤灰固化土的工程应用
• 1.6 论文主要研究内容及研究路线
• 1.7 论文的主要创新点
• 参考文献
• 第2章 石灰—粉煤灰固化软岩泥化物试验
• 2.1 概述
• 2.2 软岩微观结构、矿物成份及泥化机理分析
• 2.2.1 试样制备及试验
• 2.2.2 泥岩微观结构、矿物成分分析
• 2.2.3 泥岩泥化机理分析
• 2.3 软岩泥化物物理力学性质及颗粒分析试验
• 2.4 石灰—粉煤灰固化软岩泥化物试验
• 2.4.1 石灰—粉煤灰物理化学性质
• 2.4.2 石灰—粉煤灰固化软岩泥化物实验目的及方案
• 2.4.3 石灰—粉煤灰固化软岩泥化物击实实验结果与分析
• 2.4.4 石灰—粉煤灰固化软岩泥化物室内配比强度实验结果分析
• 2.4.5 石灰—粉煤灰固化土体机理分析
• 2.4.6 固化土体强度影响因素分析
• 2.4.7 石灰—粉煤灰固化物强度随龄期变化的微观试验分析
• 2.5 石灰—粉煤灰固化软岩泥化物压缩试验
• 2.6 石灰—粉煤灰稳定泥化物三轴试验
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 第3章 HDPE材料拉伸试验及应力应变关系分析
• 3.1 概述
• 3.2 高密度聚乙烯（HPDE）材料条带拉伸试验
• 3.2.1 条带拉伸试验方法
• 3.2.2 条带拉伸试验数据处理方法
• 3.3 条带拉伸试验结果及应力应变特性分析
• 3.3.1 HDPE膜材料条带拉伸试验结果分析
• 3.3.2 HDPE膜材料泊松比分析
• 3.3.3 HDPE膜材拉伸模量分析
• 3.3.4 HDPE膜材料最大拉伸屈服应力分析
• 3.3.5 HDPE膜材料拉伸应变分析
• 3.4 HPDE材料应力应变关系的数学模型
• 3.4.1 HDPE膜材料本构模型
• 3.4.2 HDPE膜材料双曲线本构模型
• 3.5 本文提出的HDPE膜材料应力应变数学模型
• 3.5.1 小应变条件下模型参数物理意义解析
• 3.5.2 小应变条件下拉伸应力应变关系预测与试验结果对比
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第4章 土工格室加筋地基承载力理论分析
• 4.1 概述
• 4.2 已有土工格室加筋地基承载力公式分析与讨论
• 4.2.1 Huang C.C.的“深基础效应”法
• 4.2.2 R.M.Koerner土工格室加筋地基承载力公式
• 4.2.3 江辉煌土工格室加筋路基的极限承载力公式
• 4.2.4 俞翰斌土工格室加筋路基的极限承载力公式
• 4.2.5 周正兵土工格室加筋路基的极限承载力公式
• 4.3 本文基于极限平衡分析法的土工格室加筋地基承载力公式
• 4.3.1 弹性楔体和滑动面形状
• 4.3.2 根据弹性楔体的静力平衡条件求地基的极限承载力
• 4.3.3 土工格室侧壁与土体之间的相互作用
• p的确定'>4.3.4 被动土压力P_p的确定
• 4.3.5 考虑土与土工格室相互作用的土工格室加筋地基承载力公式
• 4.4 土工格室加筋路基承载力公式验证
• 4.4.1 土工格室加筋地基承载力模型试验验证
• 4.4.2 土工格室加筋地基承载力数值分析验证
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第5章 土工格室加筋土体承载板试验及加筋机理分析
• 5.1 概述
• 5.2 土工格室加筋土单向压缩试验
• 5.2.1 单向压缩试验方案
• 5.2.2 土工格室加筋固化后的泥化物试验
• 5.2.3 试验结果分析与讨论
• 5.3 土工格室加筋土承载板试验
• 5.3.1 试验概述
• 5.3.2 试验目的
• 5.3.3 试验方案
• 5.3.4 试验准备
• 5.4 土工格室加筋土体承载板试验结果分析
• 5.4.1 土工格室加筋土体荷载位移关系分析
• 5.4.2 土工格室拉伸应变分析
• 5.4.3 加筋土体及其垫层应力分析
• 5.4.4 土工格室加筋软基复合结构体等效弹性模量分析
• 5.5 土工格室加筋软基机理分析
• 5.5.1 土工格室膜的侧向约束机理
• 5.5.2 当圆形荷载作用面直径小于土工格室的等效直径时的加筋机理
• 5.5.3 软基上土工格室加筋“垫层”提高地基承载力机理
• 5.6 本章小结
• 参考文献
• 第6章 土工格室加筋软岩泥化巷道数值模拟与分析
• 6.1 概述
• 6.2 土工格室加筋软岩泥化巷道数值模拟
• 6.2.1 工程实例
• 6.2.2 煤岩的本构模型
• 6.2.3 固化土的本构模型
• 6.2.4 土工格室HDPE膜的本构模型
• 6.2.5 土与土工格室相互作用及筋土接触面模拟
• 6.2.6 模型构建及边界条件
• 6.2.7 考虑循环荷载作用的数值分析方法
• 6.2.8 数值模拟分析步骤
• 6.3 数值模拟结果分析
• 6.3.1 荷载作用下土工格室加固巷道变形分析
• 6.3.2 荷载作用下土工格室加固巷道应力分析
• 6.4 土工格室与填土之间的相互作用分析
• 6.4.1 土工格室加筋复合结构体应力扩散行为研究
• 6.4.2 填土对土工格室侧壁土压力系数分析
• 6.4.3 土工格室与填土相互作用参数分析
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 第7章 土工格室加筋软岩巷道底板现场试验
• 7.1 概述
• 7.2 模拟现场试验
• 7.3 现场工业性试验
• 7.3.1 现场选址
• 7.3.2 试验步骤
• 7.3.3 加筋巷道底板重载试验与检验
• 7.4 本章小结
• 参考文献
• 第8章 结论与展望
• 8.1 研究结论
• 8.2 问题与展望
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果