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土工织物耐久性及堤坝加筋机理的研究

作　者: 于志强
导　师: 闫澍旺
学　校: 天津大学
专　业: 岩土工程
关键词: 土工织物现场取样耐久性监测离心模型试验极限平衡分析
分类号: TV49
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文介绍了土工合成材料应用发展历史以及在港口工程中土工织物应用类型、范围,简要分析了土工织物材料种类、物理结构、添加剂等内部因素及紫外线、温度、化学生物、气候、机械磨损等外部因素对土工织物的耐久性与抗老化的影响,分析了土工织物耐久性及土工织物的研究现状。通过对长江界牌、汉江航道整治试验坝土工织物应用工程实地取样和收集国内外已有的试验成果,分析了不同使用目的、不同材质、织造类型对土工织物耐久性的影响,给出了工程上常用的土工织物的耐久年限。根据黄骅港防波堤土工织物加筋垫层孔隙水压力消散、地基沉降、土工织物拉应力、堤基土压力等现场实测结果,分析了土工织物加筋垫层拉应力分布大小、特点以及与堤底地基的沉降关系。实测结果表明基底土压力分布趋向均化,拉应力发挥水平远低于设计拉力值,这对土工织物加筋垫层稳定分析中如何考虑拉应力大小提出了新的问题。结合黄骅港防波堤实际工程,通过一组有、无土工织物加筋垫层及不同织物加筋条件的离心模型试验研究,分析了地基土质点运动位移场、孔隙水压力的发展过程、地基表面的沉降或隆起以及堤坝轴对称处织物的拉力。根据试验结果探讨了防波堤的填筑极限高度,研究了各种不同工况下地基的变形特性及稳定性,对土工织物的加筋机理与加筋地基稳定性作了分析和探讨。通过现场和室内离心模型试验,可以得出:(1)土工织物加筋垫层通过改变防波堤-垫层-地基体系的固结应力分布及地基表面的剪应力分布,抑制堤基的不均匀沉降,减小侧向位移,并能改善堤坝的稳定性从而提高堤基的极限承载力。(2)土工织物的加筋效果受织物铺设宽度、强度、模量和界面强度等诸多因素的影响。一般铺设宽度愈大、织物强度愈高,其加筋效果愈好。为了保证加筋效果的充分发挥,要求织物的强度及模量应与砂垫层的界面强度相匹配。土工织物加筋垫层所承受的力主要是由堤体产生的内力,假设堤体产生的内力部分由加筋垫层承担(承担比例为ηt),部分由地基承担,基于极限平衡理论条件,推导出了土工织物加筋垫层地基稳定性分析公式。计算表明:圆弧滑动面的简单条分法与对数螺旋面的本文方法能很好的反映加筋垫层的抗滑效果。加筋垫层的抗滑作用与滑动面位于地基的深度有关,浅层滑动时抗滑作用显著,深层滑动时抗滑作用较小。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-25
  1.1 土工合成材料定义、分类、功能及应用  8-15
    1.1.1 土工织物的功能  10-11
    1.1.2 土工织物的应用  11-13
    1.1.3 土工织物的耐久与抗老化  13-15
  1.2 土工织物耐久性及加筋研究的现状  15-22
    1.2.1 土工织物耐久性  15-18
    1.2.2 工织物加筋机理研究  18-22
  1.3 本文的研究工作和思路  22-25
第二章土工织物现场取样试验及耐久性研究  25-40
  2.1 工程概况  25-33
    2.1.1 汉江航道整治工程试验坝工程概况  25-26
    2.1.2 武汉长江界牌航道整治工程  26-27
    2.1.3 汉江航道整治工程试验坝取样  27-28
    2.1.4 武汉长江界牌航道整治工程土工织物抽样情况  28-33
  2.2 土工织物使用寿命分析  33
  2.3 土工织物耐久性研究  33-39
    2.3.1 自然气候条件下土工织物抗老化特性  33-34
    2.3.2 埋藏条件下土工织物耐久性  34-38
    2.3.3 埋藏条件下土工织物耐久性分析  38-39
    2.3.4 土工织物使用年限要求  39
  2.4 结论  39-40
第三章土工织物加筋堤坝现场监测试验  40-64
  3.1 工程概况  40-42
  3.2 地质情况  42
  3.3 监测仪器布置  42
  3.4 土工织物拉应力测试  42-46
    3.4.1 织物拉应力测试特点  42-45
    3.4.2 测试仪器埋设  45-46
    3.4.3 观测  46
  3.5 监测结果分析  46-63
    3.5.1 沉降、孔隙水压力的实测结果  46-55
    3.5.2 土工织物拉力  55-60
    3.5.3 防波堤基底反力  60-63
  3.6 结论  63-64
第四章土工织物加筋离心模型试验研究  64-99
  4.1 离心模型试验概述  64-68
    4.1.1 离心模型试验相似准则  64-68
  4.2 离心机设备简介  68-69
  4.3 试验方案  69
  4.4 原型土工织物与模拟材料拉伸试验  69-72
  4.5 试验过程  72-78
  4.6 试验测试  78-81
    4.6.1 地基表面位移测量  78-79
    4.6.2 地基内部孔压测量  79-81
    4.6.3 土体位移场测量  81
    4.6.4 织物拉力测试  81
  4.7 离心模型试验成果与分析  81-97
  4.8 结语  97-99
第五章土工织物加筋堤坝稳定计算分析  99-113
  5.1 土工织物加筋垫层的抗滑机理  99-102
  5.2 基于对数螺旋型滑动面的分析方法  102-105
  5.3 其它分析方法  105-106
    5.3.1 简单条分法  105
    5.3.2 简化毕肖普法  105-106
  5.4 土工织物加筋垫层的抗滑效果  106-110
    5.4.1 理论计算结果分析  106-108
    5.4.2 实际工程计算算例  108-110
  5.5 土工织物加筋堤坝稳定分析  110-112
  5.6 结论  112-113
第六章结论与建议  113-118
  6.1 结论  113-117
  6.2 建议  117-118
参考文献  118-126
发表论文和科研情况说明  126-127
致谢  127

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