离心模型试验报告.doc

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1、...土工格室加筋边坡离心模型试验研究报告1、引言土工结构物中，土的自重产生的自重荷载对结构的性态的影响十分突出。一般的模型试验的自重应力水平很低，毛细现象的影响突出，因此，模型试验结果不能逼真地重现原型的特性，难怪过去很多土力学家建议使用现场细致的观测和调查来解决土力学和岩土工程问题。随着电子技术的发展，土工测试技术和测试手段的不断完善，有的学者提出，单纯地依靠有限的野外观测资料是不够的，只有通过充分数量室试验才能对土的复杂的特性进行研究。上述两个方面的矛盾现在可以依靠离心模型试验技术得到满意的解决。所谓的离心模型试验即是采用较小比例的模型，通过离心机产生的离心力来模拟土结构

2、物所受到的自重应力，使模型中的应力水平与原型相同，从而达到分析原型结构物的特性的目的。最早提出离心模型试验思想的是法国工程师Phillip，他从弹性体系的平衡微分方程的角度推导了一些必要的相似比例关系，并提出了一系列的离心机设计原则。1931年美国哥伦比亚大学的Bucki首先应用于矿山硐室的研究，开创了土工离心模型研究的新时代。从此，世界各国充分认识到土工离心模拟技术的重要性，大力发展离心机，进行了各个方面的研究，如堤坝边坡的稳定性、地基基础与地下硐室、振动与冲击效应，并取得了相当大的研究成就。二十世纪八十年代，我国开始开展了土工离心模拟技术的研究工作，并相继在水利科学研究院、

3、长江水利水电科学研究院、水利水电科学研究院、铁道大学(现同济大学)和大学(原科技大学)等建设了专用的土工离心机，并进行了大量的试验研究。本报告在综述离心模拟技术在土工合成材料加筋结构研究方面的应用基础，重点介绍利用西南交通大学的离心机所进行的土工格室加筋边坡的离心模型试验。2、.......土工合成加筋边坡的离心模型试验研究回顾采用离心模型试验技术研究加筋结构由来已久，可以追溯至20世纪80年代。至今已有许多学者在这方面进行了多项的研究工作。表2-1给出了主要的多位学者的工作。Bolton和Pang(1978,1982)使用金属带和棒作为加筋材料进行了起立直立墙模型的试验，他们

4、提出使用简化锚定理论作为加筋挡墙设计方法，该方法将作用作用于面板的主动土压力集中传递到条带，竖向应力用于计算主动土压力和倾覆稳定检算。他们的主要结论结论是加筋体的竖向应力分页均匀，使用主动土压力系数计算低估了模型破坏时的加速度。Mitchell(1988)和Jaber(1989)利用California大学的离心机研究了直立加筋挡墙破坏时的性能，该研究涉及到加筋材的延伸率、墙面型式、地基压缩性、土工织物的蠕变性、表面荷载等多种因素的影响，试验观测到的初始破坏面的方向与加筋材料的类型无关，并认为目前的加筋土挡墙设计偏于保守，因为拉断破坏时的离心加速度是按Rankine主动土压力计

5、算得出的加速度的2倍。Blivet(1986)和Matichard(1988)使用法国LCPC的离心机，以600mm高的模型模拟9m原型的加筋挡土墙，加筋材料为土工织物，分5～6层布置，并在表面施加了荷载以反映桥台受力性能，虽然加筋材料的应变达10%，但没有产生拉伸破坏。多数离心模型研究关注于加筋土结构的破坏因素和设计方法的可靠性。Jaber(1990)是将离心模型试验结果与原型实际情况进行对比的小数研究者之一。他将四组离心模型试验结果的应力和变形与四个1：1模型挡墙结果进行比较。Jaber使用的模型高度为500mm，离心加速度为12g，并研究了一系列的加筋材料包括棒垫（bar

6、mat）、钢带、土工格栅和无纺布。模型试验得出的拉伸与原型结果十分吻合，证实离心模型试验技术研究加筋土结构的可靠性。结果还表明，离心模型的向外变形比实际原型的偏小。Jaber和Mitchell(1990)使用铝带作为加筋材料进行了破坏性的模型试验，试验观测到的加筋应力表明，加筋材料在接近破坏出现的严重应力重分布，这可以解释目前加筋挡墙设计过分保守的原因，并提出一个简单的部稳定设计方法，该法以防止加筋材料拉断的安全系数为前提，并考虑了加筋材料的重分布，该方确预测加筋模型的破坏。Goodings和Santamarina（1989，1990）在Maryland大学.......全面地

7、研究了填料和地基土的特性对加筋结构影响。他们发现，填料的性质对加筋挡墙的整体稳定性影响较小，由粘性土作为填料的离心模型破坏的原因是筋材拉断，而并非拉出，由此，Goodings认为粘性土同样可作为加筋挡墙的填料。另外，Porbaha和Gooding（1992,1996）根据在较软弱地基上、粘性土加筋挡墙的模型试验和分析，证实了较长的加筋有助于改善加筋结构的稳定性，且筋材的拉伸破坏主要是应力集中引起的。表2-1所列的研究项目以研究加筋材料的性能为主。Taniguchi(1988)进行了加筋土承受