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软土上土工格栅或土工格室增强砂垫的模型研究
摘要
将一层或两层土工合成材料放置在砂垫中以产生具有改善的承载能力的复合层
在软土基础上。 报告了四个测试组。 结果表明，提供土工格室增强砂缓冲，基本软土的沉降显着减少。 路基反作用系数K 30提高3000％，变形减少44％。 非增强砂垫的表面土压力大于增强组，特别是土工格室增强砂垫。
1.介绍
建筑及其他土木工程施工软土上的结构涉及一些风险，因为这些土壤易受到不均匀沉降的影响显示出差的剪切强度和高的压缩性（Prabakar等人，2004; Tang等人，2007）。 改进的土承压力可能承担由各种地面改进技术，包括稳定土壤或引入土壤增强（Hinchberger和Rowe，2003; Zhao等人，1997）。 在土壤中加入强化夹杂物一种有效可靠的技术，以提高土壤的工程性质（Dash等人，2003; El Sawwaf，2007; Fannin和Sigurdsson，1996; Hufenus等人，2006;Latha和Murthy，2007; Maharaj，2003; Zia等人，2001;Mhaiskar和Mandalt，1996; Park和Tan，2005; Patraet al。，2005; Rowe和Li，1999; Watts等人，2004;Yetimoglu等，2005）。
本研究是基于秦沈铁路土壤基础软土的问题（从秦皇岛至沈阳）。 实验室模型试验旨在分析不同类型土工合成强化砂垫的影响。 测试是使用土工格栅或土工格栅加固沙垫覆盖软土。 定居点固定在横截面的不同位置，根据软土表面上土压力和张力的土工格栅在不同的施加压力下进行推断。
2.实验室模型试验的相似条件分析
实验室模型试验根据相似性理论。
1、材料相似性：相同介质（软土，土工格栅和土工格栅）用于模型试验在原型。
2、压力相似性：使用加压气囊模拟堤岸荷载。 弹性气囊用于在整个区域提供相对均匀的施加压力分布，因此，有效应力更均匀分布来增强砂垫表面。 压力增量用于模拟堤防填充。施加的压力强度与原型相同。
3、灵活的横向边界：在模型测试中灵活侧边界。对于灵活边界来说。通过在土壤和箱的侧壁之间用水填充袋而获得，自由移动成为可能。
4、物理 - 机械参数相似性：
度量相似性参数C L = 5.在模型试验中使用的材料是与原型相同。 因此，相似性参数如下：
C y=Y p/Y m=1
Cc=C p/Cm=1
C phi;= phi; p /phi; m=1
其中C g，C c，C f分别是相似性参数单位重量，内聚力和内摩擦角，
g p，C p，f p分别是单位重量，内聚力，和原型材料的内摩擦角，
g m，C m，f m分别是单位重量，内聚力，和模型材料的内摩擦角，根据尺寸的方法分析
C q=Cl*C y=5
C q=q p/q m
Cs =C q *Cl/CE =Cl =5
其中q，C q，q p，q m分别是施加的压力，施加压力的相似性参数原型应用压力和应用的模型压力。 C S，C E分别是相似性沉降参数和杨氏模量的土壤。
因此，q m = q p / C q = 1 / 5q p，即模型堤坝的重力压力应减小20％的原型重力压力。 理论上，它是不适合在模型中采用原型材料测试。 这里，不考虑重力的影响，因此模型试验的外部压力等同于适用的原型。
3.土工合成钢筋的机理
3.1限制（Hufenus等人，2006）
摩擦相互作用和互锁填充物和土工合成材料限制了在路基和填充物之间界面的聚集体颗粒。 这加强可以吸收其间的额外剪切应力路基和填土，否则将适用于软路基。 这改善了路基的压力分布，从而减少了沉降。
3.2口袋效应（Dash等人，2001; Rajagopal等人，1999）
口袋效应是垂直变形的结果，其在中产生凹形张力土工合成材料。 由于其刚度，弯曲的增强材料施加向上的力支持施加的压力并因此改善承载力（Perkins等，1999）。 这种材料行为作为张紧膜，使对软基的压力小于施加到填充物上部凹侧的压力。
3.3。 筏基础效应和应力分散效应（Bathurst和Knight，1998; Cowland和Wong，1993）
地学细胞，其形成三维，聚合物，蜂窝状结构的细胞通过关节互连，与填充物相互作用，构成显示出弯曲阻力，拉伸强度和剪切强度的土工织物 - 土壤复合材料。 复合材料可以被认为是柔性的筏基础。 它能拦截潜在的故障平面由于它的刚性和迫使他们更深入基础土，从而增加承载能力路基。
4.试验装置
模型试验在大规模试验仪器中进行。 示意图如图1所示。 1。额外的垂直应力假设随着路基深度的增加呈指数衰减。 这里，采用170cm路基高度。
|
15cm 35 cm |
200 cm |
35 cm15 cm |
|
应用压力 |
气囊 |
|
|
sand |
||
|
土木格珊 土木格室 |
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|
30 cm |
||
|
水袋 |
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steel plate |
cm |
|
|
170 |
||
图1 试验装置示意图。
注水系统
回收器 中心管
应用压力 试验装置
流体静压力传感器 沉降管
Fig. 2. Schematic of the hydraulic settlement gauge.
试验箱由尺寸为306cm（长）→118cm（宽）→200cm（深）的钢板制成。 软土路基均匀分布在6层。 湿密度，干密度和水含量，开采由核密度计控制填充质量。 气囊被放置在路基上。通过油插座施加压力。 装水袋在土壤和箱子的侧壁之间。 路基反应系数K 30的价值是进行评价在软的表面测量压实质量土壤或在沙垫的表面土壤。
5.材料和仪器
从秦晋铁路获得的粘性软土可以用于试验。两种类型可商购土工合成物用于试验系列，即土工格栅SDL-25和土工格室 TGL-340-150。液压沉降计由水 - 注射系统，流体静压力传感器，和沉降管组成。工作机制如图所示图2.监测器的主要部分是静水 - 压力传感器。作用是根据静水压力获得沉降值，当不同的当传感器处于不同位置时，测量土工格栅的变形电阻应变计。土压力盒是一个JXY-4土压力传感器0.6MPa（传感器制造商，丹东琼龙）。将压力单元放置在砂的界面处垫子和软土下面的中心压力区。细胞用于测量之间的垂直压力。
6.实验设计
设计四组（如图3所示）以进行检查土工合成材料对沉降软土的影响。
（1）第一组：30cm沙垫，覆盖软土。
（2）第二组：一层土工格栅放置在内沙垫。
（3）第三组：两层土工格栅，均匀放置在沙垫内。
（4）第四组：一层土工格室，放置在内沙垫。
6.1 安装检查点
检查点的安装用于表面沉降，土工格栅的张力和土压力，如图1所示3。
7.测试程序
（1）制备土壤并粉碎，然后与预定量的水混合。这种混合是培养2天，制备钢箱。将侧向水袋放置在钢箱中。
（2）将第一层软土置于钢箱中测定湿密度和干密度，水含量通过核密度计测量。
（3）重复第二个程序，并将钢箱均匀地填充在第二至第六层软泥;第六层土壤的表面K 3也要测量。
（4）路基准备完成后，安装压力室和土工合成材料，根据设计。放置沉降管在沙垫上。
（5）安装气囊，并且两个侧水囊充满水。
（6）将土压力池连接频率记录器读取初始数据。
（7）压力大多以0.02MPa的增量施加。由此产生的定居点和频率在不同压力下测量土压力。
（8）重复另一组。第二和第三组应变片附着到一片铜，其与土工格栅连接。
（9）地压力单元和应变仪使用的数据进行校准，分析。
8.结果和讨论
软土和砂垫的物理和机械性能如表1和表2所示，其粒度分布示于图 4。
8.1土工格栅的物理和机械性能
测试的土工格栅的宽度为50mm。 土工格室宽度为40mm，长度为200mm。 这里剪切速率为5072mm / min，抗拉强度为土工格栅为29.2kN / m，土工格栅为21.4kN / m。 土工格栅的伸长率为17.8％。 在5％应变下拉伸应力为20kN / m，在2％应变下为10kN / m。 断裂强度为280kN / m。
8.2灌装试验
表3示出了四个组的压实。 K 30值，铺沙垫后，一层土工格栅增强砂垫，和土工格栅增强沙垫，提高了1600％，2600％，和3000％，与土壤表面软磁性材料相比。增强的土工格栅K 30沙垫可能由于改进表观内聚力（Rajagopal et al。，1999）。对于地毯增强砂垫，土壤和内摩擦角显著增加，导致了提高了强度和软土的刚度特性（Tang。，2007; Zhang等人，2006）。
然而，K 30放置两层土工格栅增强沙垫后，与一层土工格栅 - 增强砂垫相比提高了0.1％。这表明通过添加一个或两个土工格栅的路基，轻微地改善了压实，随着层的增加效率降低（El Sawwaf，2007; Yoon等人，2004）。
50 cm 50 cm 50 cm 50 cm 50 cm 50 cm
5 4 3 2
1
沉降管
50 cm 50 cm
软管
50 cm 50 cm 50 cm 50 cm
沙垫
5 4 3
2 1
沉降管
4# 3# 1#
50 cm 65 cm
软管
土工格室
沙垫
50 cm 50 cm
50 cm 50 cm 50 cm 50 cm
5 4
4# 3#
3 2
1#
2#
软管
1
沉降管
土工格室 沙垫
50 cm 65 cm
50 cm 50 cm
50 cm 50 cm 50 cm 50 cm
5 4 3 2
软管
图31
沉降管土工格珊
沙垫
T 表 1
|
(kN/m3) |
(%) |
系数av1 2 (MPa 1) |
模量E(MPa) |
s |
相对密度 |
压缩 强度 q0 (kPa) u |
|
|
软管 |
19.5 |
27.1 |
0.44 |
3.675 |
2.71 |
24.0 |
|
|
Liquid limit WL |
Plastic limit WP |
Plasticity index |
Optimum water |
Maximum dry |
Cohesion c (kPa) |
Angle of internal |
|
|
(%) |
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