一个简短的回顾Geogrid-Reinforced土壤的动态特性循环荷载下挡土墙

文摘

加筋土墙的内力和形式用于高速铁路改变由于星体和铁路系统的静态载荷和动态载荷的火车旅行。作为一种灵活的围护结构,研究加筋挡土墙的动态特性具有重要意义的工程应用和结构分析。在这篇文章中,最新进展在使用各种研究方法加筋挡土墙的动态特性进行了综述。通过一系列的实验研究和数值分析的研究进展,总结了加筋挡土墙的动态特征。优点、缺点和各种测试方法的应用进行了分析。最后,实验室根据以往的研究成果,阐述了模型试验的发展和前景,提出了加筋挡土墙的动态特征。

1。介绍

加筋土技术最初是由法国工程师发明的亨利·维达尔自1958年以来。原理图的geogrid-reinforced土壤挡土墙呈现在图1。

它已经迅速发展以其优秀的特性。加筋挡土墙有增加应用在土木工程领域,特别是在铁路工程。这是因为他们的防振性能、成本效益和方便施工。作为铁路路基的基础,不仅强化了挡土墙的上层建筑负荷铁路线也熊造成的循环加载轮运动。

分层土壤中土工格栅可以加强挡土墙的完整性,形成稳定的结构。增强材料和土壤是层间产生摩擦,这限制了土壤的横向变形。它相当于施加横向约束土壤,增加土壤的完整性,提高剪切强度,减少土壤压力和不均匀沉降。

图2显示了经编涤纶格栅、玻璃纤维土工格栅、双向塑料土工格栅、和、钢塑土工格栅广泛用于加固挡土墙。本综述的广泛使用双向塑料土工格栅作为稳定、惰性、环保材料用于geogrid-reinforced土挡土墙高度改善力学性能。

动态列车循环荷载作用下加筋挡土墙的特点,如动态应力、动态位移、横向加速度,垂直加速度,和残余变形,导致铁路运营条件的恶化。过度加筋挡土墙的动态压力将导致路基的弹性变形、累计结算、钢筋应力松弛,等等,导致轨道几何形位的变化,严重影响了铁路运输能力。

此外,振动载荷的作用非常复杂,随不同的振幅,频率和持续时间的行动。接口形式和列车移动荷载作用下钢筋土相互作用机理是复杂的。目前,没有一个评论者回顾了在这一领域,这限制了加筋土技术在工程中的应用。因此,有必要分析和研究加筋挡土墙的动态特性,以确保安全的增强土壤结构,提高土壤加固技术的广泛应用。

一般来说,主要有两种方法来研究这类问题:一个是实验室模型试验,研究加筋挡土墙的动态特性通过动态三轴试验,共振柱试验,大型振动台模型试验、土工离心模型试验。另一种是数值分析,采用激发力函数来模拟垂直动态载荷的培训和研究geogrid-reinforced土挡土墙的动态特性。

基于之前的研究成果,动态特性的实验研究方法的加固挡土墙进行了总结。实验室模型试验,阐述了加筋挡土墙的提出和建议进行进一步的研究。

2。研究加筋挡土墙的动态特征

2.1。原位测试

原位加筋挡土墙的动态特性试验研究开始于1980年代,这是最直接的方法获取第一手数据。通过对实验数据的分析,得到了铁路路基的动态特性。

日本学者Sunaga等人进行了原位动态应力测试和解决铁路路堤(1]。德国学者Gobel et al。2发现它可以提高路堤的承载力保护层,减少路堤的沉降加固。加筋挡土墙的应力场不同类型的汽车进行了研究与原位测试由意大利国家铁路公司最早的原位测试加筋挡土墙在中国进行的铁路。

Cai和黄3]分析了测试数据的重型运输列车纵向动力学的大秦铁路。研究结果表明,即使动态应力很小,用重复的增加,它仍然会导致大变形,甚至毁灭。因此,循环载荷的数量是一个重要的因素可以影响加筋土结构的动态特性。此外,一些学者研究了加筋土结构的动态特性在不同列车速度。太阳et al。4)进行了动态测试对加筋挡土墙截面型材在DK 243 + 400∼DK 243 + 900,和结果表明,路堤动态压力的变化率与列车的速度和轴重量小于传统的铁路。

王等人。5)研究认为火车移动加载水平土压力几乎没有影响,垂直土压力和拉伸变形。聂et al。6]调查,路基动应力随列车速度增加呈线性增加。结果证明了加筋挡土墙的动态应力增加而逐渐增大的火车速度,所以路堤的动态特性是强调在设计。

本杰明et al。7]了八geotextile-reinforced土壤结构模型,分析其特点。涉及的原位监测计划内的垂直和水平位移的测量强化土壤质量,以及面临流离失所。Indraratna et al。8)进行了原位测试仪器的跟踪在澳大利亚。geocomposite有效减少压载水的垂直和侧向压力对提高轨道稳定性有明显影响,降低维护成本。

研究人员还表明原位测试是由捕捉器的变形和应变在嵌入不同的路堤横截面。这些设备包括土压力盒、位移计、压力传感器和位移传感器。通过这种方法,加筋挡土墙的动态应力和动态应变受到高频负载得到,和墙面板的应力和变形精确测量。然而,这种方法受立地条件和资金的限制。此外,动态特性受到许多因素的影响,如挡土墙结构形式,轴荷载、列车速度、回填属性和钢筋力学性能。

原位测试的边界是很难控制,而且很难观察变形的演化过程和失败在岩石和土壤质量,这限制了岩石和土壤的力学机理研究材料。

因此,它无法轻易决定与原位测试。和一个事实需要注意到大多数原位测试将持续很长一段时间。因此,该方法具有一定的局限性。

2.2。数值模拟

数值模拟是一种有效的手段来研究加筋挡土墙的各种元素之间的交互。它可以帮助提供一个更好的理解加筋挡土墙的动态响应特性,已被学者重视。

凌et al。9)研究综合水平和垂直地震加速度的影响加筋挡土墙的稳定性和位移。结果表明,垂直加速度的影响在设计时应考虑水平地震系数超过0.2。克里罗和斯金纳10)模拟高8米geosynthetics-reinforced土壤墙采用分层地层的二维有限元法基础。发现基础累计结算可以显著增加墙面的位移,墙下,钢筋应变和增加墙的垂直应力的脚趾。陈等人。11]研究了沉降、水平位移、土工格栅应变,加筋土墙的稳定性与软粘土通过使用三维seepage-coupled有限元建模(Z_Soil3D)。与2 d有限元相比,三维有限元法可以更刻意模拟土工合成材料的元素,土壤,和他们的接口,因此捕获膨胀期间面临的加筋土墙一步加载。

Leshchinsky和凌12)研究假设geocell有效提高的特点有压载的基础广泛的geocell刚度,路堤刚度,压载水的力量。耿et al。13利用FLAC)构造track-embankment模型^{3 d}。结果表明,动态应力的衰减规律以及路堤的深度是很少受速度影响,和土工格栅的嵌入深度的增加,垂直应力的路堤先增加然后减少。江et al。14]研究了嗯……墙与次级强化导致较小的变形量和最大应变面临主要的强化层。结果表明,次级强化可以提供明显的优势在改善嗯……墙的性能。

许多学者研究了加筋挡土墙的数值模型,利用有限元软件。的工作原理、地震机制、动态特性、及相关参数geogrid-reinforced挡土墙的深入研究,以及理论水平不断提高。然而,仍然有一些问题在加筋挡土墙的实际应用,如地震作用下的稳定性分析,稳定系数和土壤和挡土墙之间的协同作用,需要进一步讨论。

2.3。模型试验

研究加筋挡土墙的动态特点,现场试验和数值模拟的准确性往往受限于土木工程材料的复杂特征(15- - - - - -17]。相比之下,模型试验和实验室测试可以反映动态特性和结算发展法律,这是一个重要手段来研究高速铁路track-embankment系统之间的相互作用和累计结算。

模型试验是一个重要的方法来研究加筋土结构的动态特性。模型试验的研究分为两个大类:振动台模型试验和离心模型试验。模型试验进行模拟振动台试验中的动态效果或离心模型试验烟气传播,大型模型试验,全面的模型试验。振动台模型试验是在不同的比例模型。加筋挡土墙的力学性能研究了输入各种信号的模拟动态载荷。振动台的同济大学图所示3。

近年来,振动台模型试验进行了一些研究。坂口(18)进行了振动台模型试验在1.5米(高度)加固挡土墙和回填的压实度的影响,研究增援的长度和数量,类型的钢筋加固挡土墙的动态特性。

杨et al。19)表明,加速度和位移平均值的墙墙高度相关。墙的加速度可能在垂直或水平方向上。Magdi和理查德(20.]研究geogrid-reinforced烟气传播挡土墙的抗震性能与不同的脚趾边界条件构造,面对面板配置和强化布局通过一系列动态振动台实验。凌et al。21)进行了实验研究。三个大规模2.8米高模块化块geosynthetics-reinforced挡土墙由神户地震运动受到震动。测试结果表明,墙体的变形很小可以忽略的水平加速度放大当受到第一个震动负荷。黄等。22]对geogrid-reinforced挡土墙的变形进行了模型试验,模拟循环荷载的MTS万能材料试验机。

李等人。23)设计一个容器有3.0米(长度)0.85米(宽)2.0米(高度)作为一个大型钢筋石笼挡墙模型,及其动态特性研究通过输入正弦波与红砂岩填料具有不同振幅和频率的激励。结果表明,没有明显的损伤内部和外部墙壁经过200万次的循环荷载,结构稳定性很好。当振动频率达到10赫兹的垂直和水平加速度和位移特征挡土墙是大大改变了。

朱et al。24)研究,与网状加筋挡土墙相比,包装有小变形通过使用大型振动台试验。选择加筋挡土墙的抗震防护区,尤其是高强度地震地区的建筑,打包加筋土墙是一个最佳的选择。模型设计的振动台测试如图4。

(一)

(b)

刘等人。25)获得加速、土压力、累计结算,钢筋拉伸应变下不同的振幅和频率通过振动台试验。研究结果表明,顶楼上的加速度特征和土压力最大,拉伸应变是影响加载幅值和频率的影响较小。Komak Panah et al。26)进行了一系列拉伸和撤离测试0.8米高烟气传播模型构造刚性容器中确定最佳强化材料和钢筋长度。他们发现,挡土墙的位移可以减少强化,可以增强和机械性能。如果底部带的长度减少,上带的长度并不增加,和挡土墙的位移增加了1.2∼7倍。

如前所述,振动台模型试验可以使用大多数研究人员,由于其可重复性和可操作性。然而,实验的规模很大,重要的是处理相似关系和模型的边界条件。汉et al。27)研究认为桩嗯……墙内安装了支持桥桥墩和声障墙壁。一堆在一个更大的距离嗯……墙后面的墙饰面可以携带更多的横向荷载比近的距离。

陈和扁(28从浙江大学设计了一个高精度的和全面的高速铁路路基动态测试系统。它可以真正反映铁路轨道的动力响应和累积变形循环荷载下路基系统。全面高速铁路动态测试设备如图5。

(一)

(b)

(c)

通过现场数据的京津城际铁路、武广客运专线,测试设备的可靠性和测试精度验证。这个设备的基础上,进行一系列的实验研究碴轨道的动力响应的影响,地下水位的变化对路基的长期服务性能。

基于四个大型模型试验和相关文献,大小,形式,和演化模式研究了分层geosynthetics-reinforced挡土墙的水平位移杨et al。29日]。研究表明,挡土墙的最大水平位移出现在每个挡土墙和位移随宽度增加的一步。

另一种模型试验的土工离心模型试验。该方法可以追溯到1869年;菲利普斯是第一个提出了离心模型。根据弹性体的平衡微分方程,原型和模型之间的相似关系。当重力平衡力的主要因素因子,它可以用来增加模型的重力。

超引力离心模型试验可以提供一个测试环境对深厚软土地基的沉降变形和桩加固路堤在循环荷载下,这是一个最强大的手段促进高速铁路路基的长期积累。土工离心模型呈现在图6。

离心机模型是模型的原则设置在离心机高重力加速度场,为了弥补自重损失小规模模型。关注的压力使得岩土结构的模拟自重作为主要的负载更有效30.]。然后沙玛和博尔顿(31日)进行了离心模型试验探讨强化对软土路基的影响,测量土工格栅的拉应力。结果表明,摩擦增加,由于增加了软土的深度。郭et al。32)进行了离心模型试验研究geotextile-reinforced软基,提出antianalysis方法通过测试数据。任等。33]研究墙位移和钢筋应变在自然干燥和饱和状态比那些不饱和状态,这意味着吸有增强geogrid-reinforced挡土墙的抗震性能的影响。

近年来,振动台模型试验和土工离心模型试验是用来研究高频循环荷载作用下结构的动态特性,研究地震岩土工程的特点和结构,并且他们是地震工程学的主要研究手段之一。目前,大规模的现代化测试手段和测试对象的模型试验的发展趋势,但测试的有效性降低由于模型的边界问题。

相似关系的设计模型试验中的关键问题之一。模型测试很难完全满足所有物理量的相似定律。此外,仍有一些问题需要讨论了初始边界条件之间的能量状态和含时岩体的变形和破坏过程。

2.4。实验室测试

动态三轴测试是最传统的实验室的方法来获取土的变形和强度特性。一般来说,实验室检测是由一个动态三轴仪,可以测试不同循环动态加载下的变形,包括饱和砂的抗液化。

有很多种动态三轴装置,包括土壤动态三轴装置,高压三轴仪、大型三轴仪,非饱和土三轴仪。动态三轴仪的生产设计尚未完成,但总的来说,这些设备具有相同的性能。研究机构设计器根据不同的研究内容,分别。美国发明了一种不同的冲击振动三轴仪控制加载率在1948年。中国水利水电研究所开发了单向振动三轴仪在1959年。

大规模动态三轴装置设计并由院士香港Xianjing抗震研究所的团队大连理工大学。图7提出了一个详细的草图和图片的装置34]。

(一)

(b)

动态三轴仪的主要部件包括压力室、励磁设备和测量设备。根据控制方式,仪器分为两种类型,分别压力控制和压力控制。根据循环测试的方式,有单向循环测试和双向循环测试。根据测试方法,有单向振动测试和双向振动测试。压力室需要高强度和刚度和良好的防水和尽可能容易拆卸和安装。励磁系统设置轴向的仪器提供不同的振动加载类型。

有三种波类型可以采用测试。图8介绍了影响类型,周期性的类型,和任意类型的循环荷载。

(一)

(b)

(c)

素描循环荷载的波形如图9。和代表的最大应力和最小应力循环荷载,分别;是振幅负载, ;T的循环振动;f是频率, 。

振动频率随0.1赫兹10赫兹。有些人甚至可能更大,因为测试的目的。的应力、变形和孔隙水压力的样本自动监控和测量系统获得的。模拟动态主应力应用于样品的动三轴试验,并增强土壤结构的动态特性可以确定。循环负荷的特点是动态应力幅值和循环荷载作用。

Magdi和理查德(35]研究了垂直加速度、横向加速度和垂直位移geogrid-reinforced挡土墙随着墙高的增加而增加。然而,水平位移的增加趋势不明显。拉和后者36]分析了土壤的界面系数的概念过于保守。谢et al。37]研究了复合材料的力学行为通过不同的地理网层数、围压、不同的动态应力在GDS高动态三轴测试系统。GDS高动态三轴测试系统如图10。

Lackenby et al。38)进行了一系列的高频循环三轴试验,以研究围压的影响和偏应力大小在压载变形和退化。装载20赫兹的频率是用来模拟高速列车。循环荷载持续了500000次,直到垂直变形轴向应变达到25%左右。结果表明,对于每一个偏应力考虑,围压变化的最优范围从15到65 kPa的退化是最小化。Naeini和Gholampoor39)最近进行了一系列三轴测试调查geotextile-reinforced砂的力学特性。研究结果表明,轴向模量可以提高通过强化和增加围压和可以减少干砂延性干砂淤泥混合着不同的内容。

研究人员还显示的影响因素和变化规律加固土的强度和变形特性,从而提供动态参数加筋挡土墙的设计和稳定性(40- - - - - -43]。

影响动态特性的主要因素是动态应力振幅,围压、振动频率、层数等。值得关注的选择动态应力振幅和频率的设置和围压实验,使结果尽可能接近实际情况。此外,交互特征的高频循环荷载作用下加筋土界面非常复杂和更有价值的讨论。

在实际应用程序中,geogrid-reinforced挡土墙交通循环荷载作用下容易损坏。在这个过程中,附加应力和主应力轴的纯剪状态土壤会旋转,这是实际工程中难以衡量。简单循环剪切试验可以模拟土壤在不同条件下的应力状态,如地震和交通荷载在实验室和确定阻尼系数和土壤的动态剪切模量的单位。它可以用来研究力量,钢筋的力学性能、膨胀、变形特征实际负荷条件下土壤,为实际工程提供一定的理论指导44- - - - - -48]。

3所示。讨论

许多作者在过去已经讨论了动态特性geogrid-reinforced土挡土墙在交通载荷均匀分布。这项研究将提供丰富的实验数据合理的计算模型和数值分析方法的验证。综述、各种测试方法和他们的应用程序的动态特性加筋挡土墙进行了总结,并介绍了研究现状。

在三种实验方法,可以获得第一手监测数据通过原位测试。然而,重要的是要注意,原位测试有一定的限制,很难找出由于许多影响因素,现场条件,金融约束。因此,一些研究者执行三个三轴测试实验室。仪器可以很容易控制,但它是有限的标准工具。在大多数的测试,模拟材料选择来代替实际的材料,所以测试结果的影响。最广泛使用的测试方法是模型试验,这是一个好方法研究加筋土结构的动态特性。模型试验需要严格的模型和原型之间的相似度来获得准确的测试结果。很明显,模型的设计和生产是最重要的因素在模型试验。

大多数先前的调查集中在影响因素在循环加载条件下,如围压、动态应力振幅,固结比、加固层,和频率。此外,规则的变形、速度、加速度和压力的高频循环荷载作用下加固挡土墙通过计算研究了动态弹性模量、阻尼比、动态剪切模量。先前的研究结果表明,加载的频率对动态弹性模量没有影响(或剪切模量)和只有阻尼比随频率增大而减小。这些研究提供了计算参数和引用加筋挡土墙的设计。

4所示。结论

综述,研究使用双向塑料土工格栅作为加筋挡土墙加固材料显示,优点,缺点,各种研究方法和应用进行了分析。帮助初学者理解、动态特性也被讨论的影响因素和变化规律:(1)作者认为有必要计算的动态强度和累计沉降加固挡土墙结构的疲劳寿命预测,这是重要的基础加固结构的设计。(2)虽然很少有审查论文geogrid-reinforced挡土墙上可用,它们集中在主要影响参数管理加筋挡土墙的动态特性实验研究和数值分析,但没有一个评论者回顾了在动态负载下加固和土壤之间的交互,以及合理的设计并没有被接受。在这里,我们试图展示的最新研究趋势geogrid-reinforced土挡土墙的详细分析上述属性。(3)作者认为进一步的研究仍然需要研究其他参数的影响,如长度、间距,和刚度的土工格栅geogrid-reinforced挡土墙的动态特性。(4)同时,由于各种回填和强化,一个统一的标准的测试设备和测试方法,研究加筋挡土墙的动态特性尚未建立。因此,优化试验装置,建立一个统一的标准是必要的。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这种学术研究工作得到了中国辽宁省自然科学基金指导计划(2019 - zd - 0116和20180550293)。

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材料科学与工程的发展