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高速公路新型石籠網結構技術研究與示范工程

作者:聯闊石籠網廠 來源:原創 更新時間:2016-6-26 11:08:21 瀏覽:34072次 
內容提要:土體的抗壓性能很好,抗剪性能相對較差,基本無抗拉能力,因此在工程應用中受到很大程度的限制。通過在土體內加入適當的加筋材料,利用筋材與土體之間的摩擦和嵌固咬合作用,可以傳遞拉應力,從而分擔土體應力,增加...

土體的抗壓性能很好,抗剪性能相對較差,基本無抗拉能力,因此在工程應用中受到很大程度的限制。通過在土體內加入適當的加筋材料,利用筋材與土體之間的摩擦和嵌固咬合作用,可以傳遞拉應力,從而分擔土體應力,增加土體的變形模量,改善土體的強度和變形特征,達到提高土體及其構筑物穩定性的目的。土中加筋,古已有之,早期人類就知道將自然界中的天然植物如茅草、柳條之類等埋入土體中來改善土體整體穩定性,但是這都是建立在感性基礎上的,是依靠經驗來指導實踐,真正將加筋技術升華為理論并作為近代建筑技術加以研究和推廣應用,則是近半個世紀的事。20世紀60年代,法國工程師在模型試驗中發現,當土中摻人有機纖維材料后,其強度可明顯提高,據此提出石籠網概念,并于1963年首先公布了其研究成果,初步分析了加筋的機制,并為土體加筋的設計計算提供了一套分析方法。

缅甸玉和国际應用提出的石籠網技術和設計理論年法國在比利牛斯山的普拉聶爾斯修建了世界上第一座石籠網擋土墻。法國在石籠網技術方面的成功應用,引起了世界各國工程界、學術界的廣泛重視,其發展速度相當快,應用范圍也日益廣泛。

英國開發了高強度土工加筋材料土工格柵并提出了設計方法,這導致現代加筋技術迅猛發展。石籠網結構的形式、功能越來越多樣化。石籠網作為支擋結構,被應用于擋墻、橋臺、港口岸墻和地下結構等;作為土體的穩定體系,被應用于道路路堤、水工壩體和地基加固等。

與傳統重力式擋墻相比,石籠網擋墻缅甸玉和国际屬于柔性結構,其特點是:對地基承載力要求相對較低;適應性強,整體性好,抗震性能高,能夠承受大的沉降變形;施工速度快、工程質量容易得到保證;造價低,可以節約工程造價。更為重要的是,與中國古代的“天人合一”、現代西方的“回歸自然”理念相一致,柔性生態型石籠網結構表現的就是營造自然的生態景觀,符合當今建設環境友好型與資源節約型社會的總體要求。在高速公路、高速鐵路方興未艾的今天,采用新的加筋材料、加筋結構,研究新的設計理論與計算方法已是目前國內工程界的迫切要求。

石籠網擋墻是由面板、填料、筋材等組成的復合結構,其結構特性與各組成成分各自的工程力學特性及其之間的相互作用密切相關。面板一般采用鋼筋混凝土材料,其工程力學特性受外界因素的影響較小。填料是石籠網的主要材料之一,一般就地取材,采用工程現場附近的開山土、碎石土和砂卵石等。由于填料的多樣性,加之其工程力學特性受外界因素(如荷載性質,加載方式,地表水、地下水作用等)影響較大,因此填料的工程力學特性及其在外界因素作用下的變化規律是影響石籠網擋墻結構特性的一個主要因素。筋材是組成石籠網擋墻結構的另一主要材料,目前在石籠網擋墻中使用最為廣泛的筋材是土工格柵。土工格柵是一種新型的土工聚合材料,其力學特性同樣受外界諸多因素(如荷載性質、加載方式、溫度、紫外線、地下水的腐蝕性等)影響,因此筋材的工程力學特性及其在外界因素作用下的變化規律是影響石籠網擋墻結構特性的第二個主要因素。填料與筋材在石籠網擋墻中并非孤立存在,而是通過相互作用(如摩擦、咬合和嵌固)組成筋-土復合體(加筋體),共同承擔外界因素的作用。因此,筋土之間的相互作用及其作用效果的變化規律是影響石籠網擋墻結構特性的第三個主要因素。石籠網擋墻作為巖土工程中的一種擋土結構形式,必然建于某一特定的地基之上,工程實際中的基地有巖基和非巖基,兩者又有許多不同的類型和性質,因此,地基的特性是影響石籠網擋墻結構特性的另一個主要因素。此外,實際工程中的石籠網擋墻根據工程現場的實際情況的差異,可能采用不同的結構形式,如直立式、分階直立式、斜坡式、分階斜坡式和混合式等。顯然,不同結構形式的石籠網擋墻的結構特性會有一定的甚至很大的差異。雖然國際工程界和學術界早就意識到這些因素,但它們對石籠網擋墻結構特性的影響卻遠沒有研究清楚。這是由于土工合成材料應用的大部分問題是為了解決土體的穩定、變形和滲流等問題,這些問題也正是土力學研究的對象。有關土工合成材料設計理論和施工方法的擬定,自然以土力學原理為基礎,如土體的穩定性分析基本上采用極限平衡理論;變形計算依賴于土體的固結理論滲流分析則服從達西定律。土體本來就是一種十分復雜的材料,當它和另外一種工程力學性質隨變形、壓力甚至溫度的變化而非線性變化的土工合成材料復合時由它們的相互作用而表現出來的現象當然就更復雜了。

石籠網

缅甸玉和国际目前,石籠網擋墻傳統的分析方法建立在石籠網體極限平衡理論的基礎上,即假設破裂面、筋材從土中拔出或拉斷來分析石籠網體拉力破壞或黏著破壞時承載力,無法將結構的強度和變形統一考慮,無法計算面板位移和填土沉降等,20世紀70年代后期才開始的石籠網結構有限元分析,將結構變形協調與力的平衡結合起來,使某些復雜的性質及過程的模擬成為可能,但至今為止研究仍處于初期階段,即將石籠網結構視為平面應變問題,然后采用組合結構或復合材料的觀點加以研究,土體本構關系采用非線性彈性或彈塑性模型,土體破壞準則常采用準則,考慮靜力荷載的作用較多,考慮動力荷載作用較少,一般都不考慮水的作用,或僅將水作為一種外部荷載,以靜止水壓力的形式作用在結構上。

分析中考慮動力荷載作用較少是基于“石籠網擋土結構是柔性結構,具有好的抗震性能”這一工程界普遍認可的定性結論事實上,振動或地震荷載作用對石籠網結構的影響不容忽視。例如,石籠網擋墻作為鐵路路基,在列車重復荷載作用下表現出的動力特性,會引起線路運營條件的惡化。首先,在列車荷載作用下以石籠網擋墻為路基累積的永久變形過大,會引起線路不均勻下沉,造成線路不平順,同時也影響正常維修與養護;其次,列車產生過大的彈性變形,會加大線路與車輛的相互作用和振動,影響列車運行的穩定性和舒適性;最后,過大動應力會導致石籠網擋墻產生過大的側向變形和豎向變形,從而影響列車的運營質量。我國是一個多地震的國家,而且地震區域分布廣泛,地震頻繁而強烈。地震荷載作用下石籠網擋墻的受力機理、摩擦特性、變形特征等,由于其內容的雜性,影響因素的多樣性,還較缺乏對其進行深入分析和研究,極大地影響和制約了石籠網擋墻在地震區的應用。因此,在石籠網擋土結構特性研究中,考慮動力荷載作用,對其動態力學響應進行研究十分必要。

鑒于此,結合湖南省交通廳科技項目“高速公路新型石籠網結構技術研究與示范工程”、浙江省交通科技計劃項目“柔性生態擋墻在高速公路中的應用專題研究和國家自然科學基金項目“高速鐵路路基長期動力穩定性評價方法研究”,對柔性生態型石籠網擋墻的結構特性、加筋機理、動態力學響應、耐久性和抗震性能等進行了系統研究。本書涉及材料的力學模型和破壞模式的研究,材料的耐久性研究,不同柔性生態石籠網擋墻動、靜特性和動力響應規律的研究,在重復荷載作用下的疲勞特性研究,在地震荷載作用下的地震反應研究等。這對完善石籠網的理論體系,解決石籠網支擋結構在工程應用中存在的問題具有十分重要的意義。同時,開展石籠網擋墻動力和抗震分析與數值模擬技術研究也具有較高的學術價值。

關鍵詞:石籠網
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標題:高速公路新型石籠網結構技術研究與示范工程_技術支持_安平縣聯闊絲網制造有限公司
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