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土工格栅加筋土高边坡应用技术研究测试结果数据分析

澳门太阳集团2007网站:admin  发布时间:2016-08-09  点击:1427

12.3.1垂直土压力特征

测试工作从施工之初开始,施工过程回填一层土,读取数据一次。根据测试结 果绘制距坡面不同位置的垂直土压力和填土高度的关系曲线(12. 15)

難被坡面距离/rtt )_+140断面第1级第1


 



 

距边坡距离/m

(b)  K0+140断面第2级第1


 

距边坡距离/m

(c) K0+140断面第3级第1


 

距边坡坡面距离/m

(d)  K0+240断面第2级底层

15加筋土边坡距坡面不同位置垂直土压力随填土厚度的变化曲线图()


对多级加筋土边坡中垂直土压力分布图进行分析,可得出如下结论:

1)


施工期间,各层垂直土压力沿远离边坡的水平方向均呈非线性分布,同一 层的垂直土压力分布形式基本上是不变的。这可能是土工格栅产生了薄膜网兜效应(即土拱效应,为了区别未加筋土的土拱效应,这里简称为加筋土拱效 应),在土工格栅中形成托举力,使得土中垂直土压力产生了重新分配,从而土拱效 应中间垂直土压力小,边缘垂直土压力大的现象出现。从图12.15还可以看出,距 边坡2m内的垂直土压力基本上都较小,且变化不大。这可能是因为坡面附近土 体自重应力比远离边坡处的小,主要靠上部土体产生的附加应力提供垂直土压力, 以及边坡附近土体不能用大型机械设备碾压,距边坡1. 5m范围内土体用振动式 平板夯等轻型机械压实,这样一来坡面附近土的容重就会比其他地方低。

2)            从图12.    16可以看出,施工期间不同位置处的垂直土压力实测值基本上是


m

文本框: 幟 -H -H


垂直土压力/kPa (a)距坡面2m

 

垂直土压力/kPa (b)距坡面7m

 

 



文本框: 400m

M


垂直土压力/kPa (c)距坡面12m

 

垂直土压力/kPa (d)距坡面15m

 

 




-H


 

垂直土压力/kPa

(e)距坡面19m


随着填土厚度的增加而增加,增率是先快后慢,达到一定厚度后土压力基本上不 变。但个别测试点的土压力有随着填土厚度的增加而减少,或者是中间有减小的 现象。这主要是因为土层压实度不一致导致的,埋设的水平土压力盒在荷载作用 不水平,以及加筋土拱效应不是静止的,而是动态的,这就导致了水平土压力盒所 测的垂直土压力随填土厚度增加而减小的现象。

3)         文本框: 垂直土 力/kPa (a)距坡面36m 文本框: 垂直土压力/kPa ⑷距坡面19m 12. 17为随机选出的四个试验点的垂直土压力实测值与理论值的对比, 从图中可知,加筋土中的垂直土压力实测值都小于理论值,这更加说明了拉筋改变 土体结构,加筋后行成的加筋土结构的受力情况不同于未加筋土体,同时说明加筋 土结构具有减小垂直土压力的效果。

垂直土压力/kPa (b)距坡面11m


 

垂直土压力/kPa (C)距坡面26m

 

12.17垂直土压力理论值与实测值对比 12.3.2坡面侧向土压力特征

为了测试坡面处的水平土压力,本试验在两个断面不同的层位坡面附近垂直


埋设土压力盒。根据测试结果绘制了水平土压力随填土髙度的关系曲线,见 图 12.18

文本框: E/^it-H鰥1级第2层 第1级第7^1级第12层 第1级第20层 截级第2

土压力/kPa

(a) K0+140断面


文本框: 日/鲥鲢-H?文本框: 日/鲥鲢-H?

?2级第12级第9A第斑第16?3级第2O3级第10

 

 

 

 

 

 

 

 



? /kPa

(b) K0+240断面

12. 18不同断面的不同层位坡面处水平土压力随填土厚度的变化曲线图

分析坡面处水平土压力图12.18,可以得到以下结论: 1)不同高度位置的边坡处水平土压力随填土厚度的增加呈非线性分布,开始


迅速增加而后来回振荡》这主要是土工格栅拉筋存在的缘故,在初始填土时,机械 碾压对边坡产生较大的力而使加筋土向外变形较大,之后边坡受力比内部小,且拉 筋的摩擦作用,使得边坡处的外推力变小,这就出现实测水平土压力值变小。

2)         从图中还可以看出,在振荡过程甚至出现负值的现象。当施工期间,反包 麻袋土没有夯实且麻袋内部土的空隙过大,当雨水浸泡后,就会导致原来在反包麻 袋后面的竖直土压力盒实际受力为零,而大家安装这种土压力盒时是把其周围土 压实后设为零的,因此当竖直土压力盒周围土压实度小于设为零时的时候,采集到 的水平土压力数据就会出现为负值。边坡处水平土压力为负,还可能是施工时反 包格栅没有张拉到位。

3)         边坡附近填土受力非常复杂,填土空隙变小水平土压力也变小,但在上部 荷载作用下,填土有向外运动的趋势,这就使边坡处的水平土压力增大,但土工格 栅在填土向外运动趋势下发生拉伸而使填土受到向外的推力得到一定的释放,这 些现象在施工期间是不断的交替出现,从而导致边坡处水平土压力在施工期间随 填土厚度成曲线分布(振荡现象)。

4)         从图中还可以看出,边坡处水平土压力值都很小。这主要是因为边坡坡度 比较缓,且边坡是台阶形式的,上部载荷实际传递到边坡处的较小。

12.3.3    土工格栅拉筋变形特征

测试工作从施工之初开始,施工过程回填一层土,读取土压力盒数据一次,施 工完成后又进行了两次测试。根据测试结果绘制K0 + 140断面与K0 + 240断面 不同层位拉筋各测点应变随填土高度的变化曲线图(图12.19和图12. 20)

距边坡坡面距离/m (a) K0+140断面第1级第1


 


距边坡坡面距离/m

(b) K0+140断面第1级第<5

文本框: %/$词 %/餅倒 %/制倒_坡坡面距离/ni

(c) K0+140断面第1级第12


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


距边坡坡面距离/m

(d)  K0+140断面第1级第19

12. 19 k0+140断面不同层位拉筋各测点应变随填土厚度的变化曲线图()


16 21 距边坡坡面距离/ra (e) K0+140断面第2级第1

 

26

 

36

 

31

 
文本框: %/奮

9              12

距边坡坡面距离/m (f) K0+140断面第2级第8

 

21

 
文本框: %/観

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



0                  2            4            6            8            10           12           14           16

距边坡坡面距离/m (g) K0+140断面第2级第15


■ 0.5m          Ac1.0m                    2.0m

3.0m —?? 7.0m

 
文本框: %/制闼 %/制街 %/粼锢

4                           6                           8

距边坡坡面距离/m (h) K0+140断面第3级第1

 

■—Tlk1.0m —參一1.5m "6.0m

 

? 0.5m

? 2.0m

 

1 2 3 4 5 6 7 8

距边坡坡面距离/m (i) K0+140断面第3级第3

 

9 10 11 12

 

1 2345 6789 10 11

距边坡坡面距离/m K0+140断面第3级第5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



0.5m —5 .Om

 

—■— 3.0m —□—? 9.0m

 

20

 

_坡坡面距离/m (a) K0+240断面第2级基底

 

 

0.5m

_ 11 1.5ni

—A—

5.0m

—- 7.0m

—O—

11.5m

—?— 16.0m

 

 

12 15 18 21 24

_坡坡面距离/m (c) K0+240断面第2级第15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



0.5m

■1.0m

2.0m

—A4.0m

6.0m

~08.0m

10.0m

■—O—— 15.0m

 

 
文本框: %/制翅 %/制填 %/制街

12 16 20

距边坡坡面距离/m (d) KL0+240断面第3级第1

 

24

 

^0.5m        1.0m

—42.5m     —a4.0m

5.5m 7.0 1 11.5m

 

8 10 12

距边坡坡面距离/m (e) K0+240断面第3级第8

 

5 6 7 8 9 10 11 12

距边坡坡面距离/m (f) K0+240断面第3级第15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




 

_坡坡面距离/m (g) K0+240断面第4级第1

距边坡坡面距离/m (h) K0+240断面第4级第3


 

12. 20 K0+240断面不同层位拉筋各测点应变随填土厚度的变化曲线图(续)

分析图12. 19和图12. 20,可以得出以下结论:

1)         施工期间,各测试断面各层土工格栅拉筋应变实测值的最大值均不大于

1 %且大部分的最大值小于0. 5%拉筋应变实测值均远小于土工格栅质控应变 值10%,说明拉筋实际受力小于设计值(小于土工格栅抗拉强度值),土工格栅处 在低拉力下其蠕变变形会很小。因此,该实例工程中可以不考虑加筋土挡墙土工 格栅拉筋的蠕变变形。这说明按照目前的设计理论进行土工格栅加筋土边坡设计 时,可以不考虑筋材的蠕变变形。

2)         从图中可以看出,在加筋土边坡水平方向上每层土工格栅的应变值都为正 值,也就是说,在布置柔性位移计的试验点,土工格栅所受的均为拉应力。这就说 明,施工质量较好,填土碾压的比较平整,土工格栅张拉的充分。如果填土碾压不


平整,场地中铺设格栅的位置出现凹凸不平的现象,那么在进行下一层填土后,柔 性位移计不是被拉伸而是被压缩,这样测出来的数据将是负值,所对应的应变量也 将是负值。

3) 在柔性位移计埋设完成后进行第一次检测时,应变的增量非常大,一般占 其总应变量的如%?70%,这部分的应变不完全是土体与土工格栅互相作用而产 生的,施工的影响是其主要原因。在第一次检测时,由于填土刚经过碾压,没有完 全固结,土工格栅上部土体的一定范围内填筑碾压,对拉筋应变的影响较为显著, 且影响程度具有很大的随机性。从第二次检测起,土工格栅的应变变化也趋于平 缓,随着格栅上部填土厚度的增加,施工的影响逐渐消失。

4) 施工期间,各测试断面各层拉筋应变沿筋长方向的分布规律各自大致保持 不变。从应变图中还可以看出,同层拉筋各测点应变基本上随上覆填土厚度的增 加而迅速增加,而后随填土厚度增加而有所增加且有减小的现象出现。也就是说 拉筋应变主要发生在初始填土 (载荷)期间,同时也说明多级加筋土边坡施工控制 关键在土工格栅上部的第12层回填土的施工,严格控制施工质量对保证加筋结 构的稳定性意义重大。

5) 各层土工格栅拉筋应变沿筋长方向呈非线性分布,且呈现两个峰值,第一 个峰值靠近边坡,第二个峰值远离边坡。这主要是筋-土间作用机理非常复杂,拉 筋与填土间的摩阻力沿筋长呈非线性分布和填土压实度不一致的缘故。

6) 分析每级加筋土边坡拉筋应变,发现每级加筋土边坡下部拉筋应变最大值 出现在离边坡较近的位置,对应拉筋峰值是第一个峰值;上部应变最大值远离边 坡,对应拉筋峰值为第二峰值。峰值是土体自重和填土对拉筋的摩阻力等共同作 用的结果。应变双峰值现象类似于加筋土挡墙中的双峰值现象。拉筋最大应变出 现的位置都离边坡较远,如果沿边坡高把这些最大值的位置连线,就可以得到潜在 的滑裂面,而这种滑裂面比较平缓,边坡稳定性较强。这说明加筋土边坡的稳定性 较土质边坡强。

7) 上覆载荷(填土)相同但不同测试断面的拉筋应变分布有所不同。这是 加筋-土间作用机理的复杂性所致,加筋土边坡地基性质、级数、台阶宽度不同, 以及施工对应变影响的不确定性导致了不同断面同载荷的拉筋应变分布规律 不同。

8) 从应变随时间变化的关系曲线可以看出,部分格栅应变在经历了一段时间 的稳定之后,出现突然减小的情况,并且减小的幅度较大,速度也比较快,而后又逐 渐增加,达到原来的水平后慢慢稳定。这是由于该层土工格栅施工时出现了降雨 现象,雨水的渗入使得土工格栅和土体之间的摩擦力减小,导致格栅回缩,从而使 格栅的应变减小。降水过后填土的含水量逐渐减小,并随着上部填土的增加,格栅 的应变逐渐恢复到原有水平。由此可知,填料的含水量对筋土摩擦效果的影响较
,施工过程中应严格控制填料的含水量。如果填土的含水量较大,则应掺加一定 量的碎石,必要时要进行翻晒。

9) 同样的填土厚度对格栅应变的影响程度略有不同,这是每层填土的压实度 不完全相同所致。由此可知填料的压实度也是影响筋土摩擦效果的一个重要 因素。

10)       从应变随时间变化的关系曲线可以看出,土工格栅应变在施工完成60天 左右后就趋于稳定,应变几乎不再发生变化,且均不超过1%。这说明格栅没有发 生破坏现象,很好的起到了限制土体侧移的作用。

12.3.4坡面水平变形特征

为了观测加筋土边坡结构的水平侧向位移,在K0+140K0+240两断面的最 上面的台阶处垂直钻孔安装了侧斜管,以便侧斜仪器在管中移动来采集数据。通 过对侧移图形(12. 21)分析,得出如下结论。

侧向位移/cm                                                              侧向位移/cm


 

 



(b) K0+240断面

12. 21加筋土边坡侧向位移随上覆填土厚度的变化曲线图

1)                                                   侧向变形量小。从图中可以看出,K0 + 140断面自管口以下18. 5m深度 范围内,侧向变形不超过13. 5cm,K0 + 240断面自管口以下20m深度范围内,侧 向变形不超过7. 5cm这说明土工格栅拉筋约束了边坡的侧移。


2)         侧向位移随深度呈递减趋势,变形速率也呈递减趋势,深部的侧向变形明 显比浅部的变形小的多。这是由于,侧斜管是垂直打入到边坡中的,越往下测试点 离坡面越远,由此可知加筋土边坡的侧向位移是越靠近坡面越大。

3) KO+UO断面侧向水平位移是最上覆填土厚度增加而先增加,而后减小, 之后再增加,最后又减小。而K0+240断面侧向水平位移是最上覆填土厚度增加 而先增加后减小。这很可能是级数不同导致的。

4)         第一次填土期间,加筋土边坡的侧向变形速率较大,当上部填土高度达到 2m时侧向位移达到最大。而后随着上部填土高度的增加,侧向变形逐渐减小。 这就说明施工过程对侧向位移的影响较大。

5)         具有变形的回缩现象。在填土加载后,加筋土边坡的侧向变形发展到一定 程度后,出现减小的趋势,即发生回缩现象。从图中可知,竣工后两个断面的侧向 位移均小于2cm比之前施工过程中的侧向变形小。

12.3.5加筋土结构孔隙水压力特征

  1. 除了第1级第7层,其他各个试验点的孔隙水压力大小差不多,都在10? 15kPa范围内。第1级第7层当填土高度达到8m时,孔隙水压力出现了明显的增 量,而后随着时间的推移孔压消散,这是由于填土髙度施工到8m时,出现了一次 强降雨,持续了一个星期左右,雨水渗入填土中使得孔隙水压力变大。从图12.23 可以看出,这次降雨对第1级第12层的孔压值也有较为明显的影响。

  2. 实测孔压值反映了孔压的增加和消散过程,但其变化程度比较小,除了第1 级第7层和第12层受到降雨的影响,其他试验位置基本上在2kPa范围内窄幅波 动。这是由于本工程的填料为渗透性能较差的黏性土,使得土体中的孔隙水压力 不容易消散。另外,土工格栅加筋土的应力扩散作用使得上部的填土荷载产生的 附加应力衰减较快,从而引起的孔隙水压力较小。

  3. 在测试过程中个别试验点孔压值出现负值,这是由于孔压计在埋设之前没 有完全浸水饱和,或者试验点周围土体由于挖坑后较长时间没有将仪器埋好压实, 经过较长时间的晾晒比较干燥,产生了吸水现象,这样孔隙水压力会下降,甚至出 现负值。由以上图中可以看出,这种现象只出现在测试初期。

  4. 回填土中的孔隙水压力随填土高度和时间的变化均不明显。在施工完 成60天后的观测值和施工期间的观测值几乎没有变化,孔隙水压力没有出现增 长或消散。由此可见以渗透性较差的黏性土作为填料的填方工程中,对孔隙水 压力的控制关键是在施工阶段,严格控制填料的含水量。含水畺过大可以掺杂 碎石或者经过晾晒,这样在控制孔隙水压力的同时也有利于填料碾压,防止弹簧 土的出现。

  5. 在同一层但距坡面距离不同的试验点上的孔隙水压力大小略有差异。距 坡面距离近的试验点的孔隙水压力比远离坡面试验点的大一些。由于本工程地处 云南楚雄州,次地区常年潮湿多雨,距坡面较近的位置有雨水浸人,而本工程填料 为黏性土,孔隙水压力消散不明显,这样就造成近坡面处的孔压要稍大一些。

12.4

通过对不同施工断面的现场观测,分析了加筋土体垂直和水平土压力的分布 规律、土工格栅拉筋的应变、加筋土边坡的侧向位移及加筋土体中孔隙水压力的变 化情况,验证了该加筋土边坡结构完全满足强度、变形和稳定的要求,并得出以下 结论:

  1. 施工期间不同位置处的垂直土压力实测值基本上是随着填土厚度的增加 而增加,增率是先快后慢。加筋土中的垂直土压力实测值小于理论值,加筋土结构 具有减小垂直土压力的效果。

  2. 边坡处水平土压力值都很小,随填土厚度的增加呈非线性分布,开始迅速 增加而后来回振荡。土工格栅拉筋的摩擦作用以及反包法施工,有效的限制了边 坡处的外推力。

  3. 施工期间,各测试断面各层土工格栅拉筋应变实测值的最大值均不大于 1%,且大部分的最大值小于0. 5%。由于筋-土间作用机理非常复杂,拉筋与填土 间的摩阻力沿筋长呈非线性分布和填土压实度不一致,各层土工格栅拉筋应变沿 筋长方向呈非线性分布,且呈现两个峰值,第一个峰值靠近边坡,第二个峰值远离 边坡。施工对土工格栅拉筋应变的影响明显,应严格控制填料的含水量和压实度。

  4. 侧向变形量小,随深度呈递减趋势,变形速率也呈递减趋势,深部的侧向变 形比浅部的变形小的多。第一次填土期间,加筋土边坡的侧向变形速率较大,而后 随着上部填土高度的增加,侧向变形逐渐减小,在填土加载后,加筋土边坡的侧向 变形发展到一定程度后,发生回缩现象。

本工程填料为黏性土,孔隙水压力消散不明显。由此可见渗透性较差的黏 性土作为填料的填方工程中,对孔隙水压力的控制关键是在施工阶段,严格控制填 料的含水量。含水量过大可以掺杂碎石或者经过晾晒,这样在控制孔隙水压力的 同时也有利于填料碾压,防止弹簧土的出现

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