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分离式复合土工膜鼓胀变形的膜布复合规律

工程科学与技术 2023年第6期55卷 142-150页

作者：薛霞李旺林卫如春杨哲韩瑞晨汪万升济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东大学海洋研究院山东青岛266237

分离式复合土工膜广泛应用于平原水库全库盘水平防渗工程中。为研究鼓胀变形及破坏时其中土工膜和土工布的作用规律,基于环向约束球形鼓胀变形模型,利用室内鼓胀变形试验和层状复合材料理论方法,分析了分离式复合土工膜(两布一膜250 g·... 详细信息

分离式复合土工膜广泛应用于平原水库全库盘水平防渗工程中。为研究鼓胀变形及破坏时其中土工膜和土工布的作用规律,基于环向约束球形鼓胀变形模型,利用室内鼓胀变形试验和层状复合材料理论方法,分析了分离式复合土工膜(两布一膜250 g·m^(–2)/HDPE(高密度聚乙烯土工膜)0.4 mm/250 g·m^(-2))的鼓胀变形及破坏特征、鼓胀压力和应力的膜布复合规律,并探讨了该规律的初步应用。结果表明:由于土工布的透水透气性,分离式复合土工膜发生鼓胀变形时,与压力介质接触的最下层土工布为鼓胀变形无效层,其上方的土工膜和土工布为鼓胀变形有效层;有效层中最上层土工布首先发生裂口型破坏,土工布破坏后土工膜也会瞬间破坏;分离式复合土工膜的鼓胀压力(含胀破压力)等于有效层土工膜和土工布的鼓胀压力之和,应力(含胀破应力)等于有效层土工膜和土工布的应力与其相应厚度百分比的乘积之和,胀破高度和胀破应变与单层土工布的近似相等;有效层土工膜/布材料本身的应力越大,所组成的复合材料应力也越大;有效层中某一材料厚度百分比越大,复合材料应力越接近该材料的应力值,且接近的快慢程度与有效层材料之间的应力差值大小成正比。对于不同规格、类型基础材料组合成的不同种分离式复合土工膜,研究结果有助于确定其鼓胀变形力学特性,并能为实际应用中的材料选型提供参考。

关键词：复合土工膜鼓胀变形力学特性复合规律

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筋箍碎石桩复合地基沉降计算方法研究

中外公路 2024年

作者：龙军谭景鹏湖南大学土木工程学院湖南沿湖建设工程有限公司

筋箍碎石桩作为一种施工简单、造价低廉的软土地基加固手段在实际工程中广泛应用，其变形沉降分析作为设计工作的重要一环也受到越来越多的关注，但当前研究成果多集中于试验和数值分析方法，理论计算的研究相对较少。据此基于筋箍碎石... 详细信息

筋箍碎石桩作为一种施工简单、造价低廉的软土地基加固手段在实际工程中广泛应用，其变形沉降分析作为设计工作的重要一环也受到越来越多的关注，但当前研究成果多集中于试验和数值分析方法，理论计算的研究相对较少。据此基于筋箍碎石桩复合地基的荷载传递机理，针对竖向荷载作用下桩顶一定深度范围内筋箍碎石桩桩身鼓胀变形的特点，将复合地基加固区划分为鼓胀区和非鼓胀区，并将桩体沉降量视为这两部分压缩量之和，再根据桩-筋-土受力变形协调条件，推得了筋箍碎石桩复合地基沉降计算公式。然后，采用理论公式对某一筋箍碎石桩实际工程进行分析，结果表明理论计算所得荷载-沉降曲线接近于现场载荷试验所得的荷载-沉降曲线，从而验证了此筋箍碎石桩复合地基沉降计算方法的可行性。最后，还进一步开展了影响参数分析，分析结果表明：筋箍碎石桩复合地基的沉降量随着土工套筒筋材强度、加筋深度、桩周土黏聚力以及复合地基面积置换率的增大而逐渐减小；但随着复合地基桩土应力比的增大而逐渐增大。而且存在一个最优加筋深度，当加筋深度超过最优加筋深度，增加筋材的长度对减少复合地基沉降没有作用。

关键词：复合地基筋箍碎石桩沉降鼓胀变形桩土变形协调

加载介质对HDPE土工膜鼓胀变形力学性质的影响

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土木与环境工程学报(中英文) 2023年

作者：李政李旺林汪万升于海瑞薛霞水发规划设计有限公司济南大学水利与环境学院

为查明加载介质是否对土工膜鼓胀变形力学性质产生影响，选择0.2、0.3、0.6 mm三种厚度的HDPE土工膜为研究对象，分别以气体和液体作为加载介质，在注入速率为1 kPa/s时，进行环形约束下的球形鼓胀变形试验，结果表明：1）在相同环境条... 详细信息

为查明加载介质是否对土工膜鼓胀变形力学性质产生影响，选择0.2、0.3、0.6 mm三种厚度的HDPE土工膜为研究对象，分别以气体和液体作为加载介质，在注入速率为1 kPa/s时，进行环形约束下的球形鼓胀变形试验，结果表明：1）在相同环境条件下，加载介质对土工膜胀破时的胀破压力和鼓胀高度影响较大，液胀下的胀破压力比气胀平均高出约34%、最高为50%，液胀破坏时鼓胀高度比气胀平均高出约22%、最高为30%;2）加载介质影响土工膜鼓胀变形发生发展的过程，气、液胀下土工膜鼓胀变形表现为不同的弹性、屈服、强化和破坏变形阶段；3）加载介质影响土工膜胀破时的破坏形态，气胀时土工膜为线状破坏面，破坏长度随着膜厚的增加而减小，液胀时土工膜均为带状破坏面；4）加载介质对土工膜球形鼓胀变形力学性质和破坏特征的影响，主要与介质的压缩特性、传力特性、黏滞性以及不同介质所形成的膜下压力荷载分布和高分子链段的重新取向、重结晶有关。根据研究结果建议采用液体介质对土工膜鼓胀破坏进行强度试验。

关键词：土工膜压力介质气胀液胀鼓胀变形破坏形态

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土工膜鼓胀变形试验及数值模拟研究

土工膜鼓胀变形试验及数值模拟研究

作者：普勇柽济南大学

学位级别：硕士

采用土工膜库盘水平防渗的平原水库,会因库水位骤降、地下水位提升等因素,引起土工膜鼓胀变形,对平原水库的防渗安全带来隐患。然而不同厚度的土工膜承受鼓胀变形的能力不同,因此土工膜厚度的选择对水库防渗至关重要;另外,砂石会对土工... 详细信息

采用土工膜库盘水平防渗的平原水库,会因库水位骤降、地下水位提升等因素,引起土工膜鼓胀变形,对平原水库的防渗安全带来隐患。然而不同厚度的土工膜承受鼓胀变形的能力不同,因此土工膜厚度的选择对水库防渗至关重要;另外,砂石会对土工膜形成不同形状的约束,并影响鼓胀变形。因此,在综合分析土工膜鼓胀变形性质的同时,需要分析厚度以及不同形状约束条件对鼓胀变形产生的影响。本文采用自主研发的试验设备进行环形约束以及三边形约束下不同厚度的土工膜鼓胀变形试验,并采用ABAQUS有限元软件模拟不同约束条件下土工膜鼓胀变形,结合理论分析结果,总结不同厚度的土工膜在不同约束条件下鼓胀变形的力学特性、破坏形态,最终得出的主要结论如下:(1)对土工膜鼓胀变形的几何特征进行了分析,并基于土工膜厚度非均匀变化的假设,推导了环形约束下土工膜鼓胀变形时冠顶端以及约束端厚度的简化计算公式。(2)土工膜鼓胀变形分为五个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、弱化阶段以及破坏阶段,土工膜不同方向上的强度存在差异,压力作用下,在强度较低的方向在弱化阶段会产生塑性大变形,在冠顶端出现宽度逐渐增加的条状裂缝,最终鼓胀变形破坏形态为冠顶中心出现垂直于条状裂缝的裂口。(3)进行了不同厚度土工膜鼓胀变形试验,结果表明:土工膜厚度会对其鼓胀变形的力学特性产生影响,土工膜厚度越大,鼓胀变形越充分,塑性裂纹扩展越充分,从而使其鼓胀高度、应变以及张应力越大。(4)进行了三边形约束以及环形约束下土工膜鼓胀变形试验,结果表明:两种约束条件下土工膜鼓胀变形呈现出相同的规律,约束条件的改变基本不会对土工膜鼓胀变形的鼓胀高度-鼓胀压力曲线以及张应力和应变曲线的趋势造成影响,但三边形约束下土工膜鼓胀变形能在更小鼓胀压力的情况下产生相较更大的鼓胀高度。(5)采用ABAQUS模拟环形约束下土工膜鼓胀变形,结果表明:土工膜鼓胀变形时不同位置的变形程度是不一样的,冠顶端以竖直向位移为主,呈先快,后慢,再快的规律,约束端以水平向位移为主。土工膜鼓胀变形的应力、应变以及鼓胀高度分布较为集中,最大值位于土工膜冠顶,最小值位于土工膜的环形约束端,呈明显的从约束端到冠顶端逐渐增加的趋势。(6)采用ABAQUS模拟不同约束条件下土工膜鼓胀变形,以三边形、四边形以及五边形约束为代表,结果表明:约束边的改变基本不会对土工膜鼓胀高度、张应力以及应变的变化趋势产生影响,但约束边越少,土工膜受力越不均匀,使其能承受的压力越小,且鼓胀变形的速率越快,约束边越多,土工膜鼓胀变形越趋近于环形约束下的土工膜鼓胀变形。本文的研究成果有助于充分了解土工膜鼓胀变形的力学性质以及破坏机理,为进一步研究土工膜性质以及不同工程地质条件下土工膜的选型提供理论参考。

关键词：土工膜鼓胀变形约束条件破坏机理数值模拟

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碎石桩桩身鼓胀变形测试技术研究

湖南大学学报（自然科学版） 2016年第3期43卷 149-154页

作者：张玲赵明华罗宏湖南大学岩土工程研究所湖南长沙410082

针对竖向荷载作用下碎石桩等散体材料桩桩身竖向压缩同时伴有侧向鼓胀变形这一特性,自行开发研制出量测桩身鼓胀变形的测试仪器,其原理是通过量测变形后的桩身周长来确定碎石桩的鼓胀量.通过与水玻璃胶结碎石桩量测其变形后周长等方法... 详细信息

针对竖向荷载作用下碎石桩等散体材料桩桩身竖向压缩同时伴有侧向鼓胀变形这一特性,自行开发研制出量测桩身鼓胀变形的测试仪器,其原理是通过量测变形后的桩身周长来确定碎石桩的鼓胀量.通过与水玻璃胶结碎石桩量测其变形后周长等方法测试结果对比分析,验证碎石桩桩身鼓胀变形测试技术的可行性和测试精度.将该技术应用于室内模型试验中碎石桩鼓胀变形量的量测,测试结果表明,碎石桩鼓胀变形量随上部竖向荷载的增加而增加,同一荷载等级下鼓胀变形先随深度的增加而增加,后又随深度的增加而减小.

关键词：模型试验测试技术碎石桩鼓胀变形

新疆硫酸盐渍土地区沥青路面鼓胀变形机理研究

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岩土工程学报 2021年第9期43卷 1739-1745页

作者：冯瑞玲王随柱吴立坚陆奂材沈宇鹏北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京市轨道交通线路安全与防灾工程技术研究中心北京100044 新疆生产建设兵团公路科学技术研究所新疆乌鲁木齐830000 交通运输部公路科学研究院北京100088

依托新疆阿克苏地区的两条公路,在进行公路路面鼓胀病害调查的基础上,选择4个典型病害部位开挖试坑,观察了路面结构层中损坏的情况,同时取样测试了基层及路基填料的含盐量、矿物成分、pH值等,分析了两条公路路面鼓胀病害的产生机理。研... 详细信息

依托新疆阿克苏地区的两条公路,在进行公路路面鼓胀病害调查的基础上,选择4个典型病害部位开挖试坑,观察了路面结构层中损坏的情况,同时取样测试了基层及路基填料的含盐量、矿物成分、pH值等,分析了两条公路路面鼓胀病害的产生机理。研究结果表明:公路A(省道)路面基层中的离子以SO_(4)^(2-)、Ca^(2+)为主,因此发生了钙矾石型硫酸盐侵蚀。公路B(国道)路面基层中Ca^(2+)含量较高,同时含有一定量SO_(4)^(2-)和CO_(3)^(2-),因此发生了硅灰石膏型硫酸盐侵蚀。此外,夏季高温条件、水泥中碱含量超标等都加剧了两种硫酸盐侵蚀的发生。最后,根据两条公路病害产生机理,提出了硫酸盐渍土地区路面鼓胀病害的预防措施。

关键词：硫酸盐渍土沥青路面半刚性基层鼓胀变形硫酸盐侵蚀

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分离式复合土工膜环向约束鼓胀变形试验研究

岩土工程学报 2020年第6期42卷 1145-1150页

作者：薛霞李旺林李辰卫如春于海瑞济南大学山东济南250022 山东大学山东青岛266200

由于热融合工艺在复合土工膜生产和施工分体拼接过程中,容易灼伤土工膜而产生隐患,因此在南水北调东线大屯水库全库盘防渗中采用了膜、布单独铺设的分离式复合土工膜。针对分离式复合土工膜的气胀问题,将其变形简化为环向约束条件下的... 详细信息

由于热融合工艺在复合土工膜生产和施工分体拼接过程中,容易灼伤土工膜而产生隐患,因此在南水北调东线大屯水库全库盘防渗中采用了膜、布单独铺设的分离式复合土工膜。针对分离式复合土工膜的气胀问题,将其变形简化为环向约束条件下的球形鼓胀变形并进行了胀破试验,结论如下:①分离式复合土工膜(膜0.4 mm,布250 g/m2)鼓胀变形的胀破压力随加载速率(用液体压入速率示)的增加而缓慢增大,基本加载速率推荐采用100m L/min。②其鼓胀变形张应力–应变关系曲线可分为线性、塑性、强化和胀破4个阶段,曲线整体形态与土工布类似;其中线、塑性阶段时间很短,曲线形态与膜类似,受膜影响较大;强化阶段时间长,曲线形态与布类似,主要要受土工布影响。③其鼓胀压力由膜、布共同决定,变形初期土工膜承担较多内压力,影响较大;之后土工布逐渐承担越来越多的内压力,并起决定作用,直到发生破坏,相应胀破压力为1.51MPa,胀破冠顶高度31.5mm。④其鼓胀变形破坏的断裂伸长率为25.3%,主要由土工布的断裂伸长率决定;破坏形态分为不完全破坏和完全破坏,其原因分别为土工布的非均匀和均匀变形。

关键词：平原水库分离式复合土工膜环向约束鼓胀变形破坏

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考虑鼓胀变形的散体材料桩复合地基沉降计算

湖南大学学报（自然科学版） 2016年第5期43卷 120-124页

作者：张玲赵明华湖南大学岩土工程研究所湖南长沙410082

针对竖向荷载作用下靠近桩顶一定深度的范围内,桩体不仅会发生竖向压缩变形且会发生侧向鼓胀变形特性,基于荷载传递法,导出了竖向荷载作用下散体材料桩复合地基中的某根单桩的桩身压缩量计算公式,进而得到新的散体材料桩复合地基沉降计... 详细信息

针对竖向荷载作用下靠近桩顶一定深度的范围内,桩体不仅会发生竖向压缩变形且会发生侧向鼓胀变形特性,基于荷载传递法,导出了竖向荷载作用下散体材料桩复合地基中的某根单桩的桩身压缩量计算公式,进而得到新的散体材料桩复合地基沉降计算公式.分析时,视散体材料桩为弹性均质体,根据广义胡克定律得到其应力应变关系;桩周土提供的侧向约束力为桩侧竖向力引起的侧向土压力,并考虑加筋垫层的侧向约束作用及其沿深度的传递对桩体侧向约束的有利影响.为验证本文方法的可行性,对某一工程实例进行分析,且与其它方法进行比较分析.结果表明:与常规计算方法相比,本文方法从荷载传递规律出发,可考虑鼓胀深度随桩顶竖向荷载的增加逐渐向深处发展的特点,更符合散体材料桩复合地基的实际受力变形状况.

关键词：复合地基散体材料桩沉降荷载传递鼓胀变形

基于改进应变楔模型的固体–散体串联组合桩鼓胀变形及沉降分析

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岩土工程学报 2019年第11期41卷 2149-2155页

作者：郭尤林赵明华彭文哲湖南大学岩土工程研究所湖南长沙410082 湖南城市学院土木工程学院湖南益阳413000

针对传统碎石桩易在桩顶1~3倍桩径的深度范围内发生鼓胀破坏的现象,首先,在现有工艺的基础上提出一种固体(混凝土)–散体(碎石散体材料)串联组合桩,并简要阐述其承载特性、施工工艺及破坏模式;其次,建立了串联组合桩鼓胀变形的计算模型... 详细信息

针对传统碎石桩易在桩顶1~3倍桩径的深度范围内发生鼓胀破坏的现象,首先,在现有工艺的基础上提出一种固体(混凝土)–散体(碎石散体材料)串联组合桩,并简要阐述其承载特性、施工工艺及破坏模式;其次,建立了串联组合桩鼓胀变形的计算模型,探讨串联组合桩的鼓胀变形机理;然后,对应变楔模型进行修正,并结合广义胡克定律,计算固体–散体串联组合桩的鼓胀变形值及桩身沉降值;最后,通过传统碎石桩及筋箍碎石桩鼓胀变形及沉降试验验证所提理论方法的合理性,结果表明:理论计算值与试验结果吻合较好,可为碎石桩复合地基设计提供一定的参考,具有理论及工程应用价值。

关键词：固体–散体串联组合桩鼓胀变形应变楔模型广义胡克定律沉降