（道路与铁道工程专业论文）土工格栅加筋土特性实验与抗震技术研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 加筋土的应用历史悠久 随着加筋材料的发展 目前土工格栅已广泛应 用于公路 铁路等行业的路基加固 软土地基处理等病害防治工程中 它最 被强调的是其加筋作用 而在高地震烈度区地震力作用下 土工格栅的作用 机理 加固效果性等的研究甚少 本文通过加筋路堤震灾调查 土工格栅加 筋土大型直剪 拉拔实验 振动台实验等研究 发现土工格栅具有隔震减震 作用 对路堤工程是一种很好的抗震加固措施 都汶路汶川大地震典型路堤工点的震害调查是论文的基础工作 共调查 了路堤工点1 0 处 其中加筋路堤8 处 未加路堤2 处 震害调查表明 加 筋路堤在地震中表现明显好于未加筋路堤 论文接着进行不同压实度下加筋 与不加筋及加筋下不同剪切角度的直剪实验1 4 组 不同压实度下拉拔实验4 组 对土工格栅加筋土特性进行研究 主要结论 1 土工格栅加筋后 等 效粘聚力大幅度变大 综合内摩擦角增大 表明土工格栅能有效增强工程的 稳定性 整体性 从抗震角度看 起到很好的抗震措施作用 2 从不同角 度的直剪结果可以看到 当剪切面与加筋土成4 5 度时 加筋效果较差 而 垂直放置时 不利于现场施工 可见 水平加筋既保证了加筋效果 又有利 于现场施工 在基础理论方面 开展了层状土和加筋层状土两组振动台模型 试验 发现加筋措施能明显减弱土层对地震波的放大效应 汶川大地震将很大程度地促进我国公路工程抗震技术的发展 论文最后 通过对日 美 欧 新西兰等国及国内的常用抗震规范进行对比和比较 对 国内外抗震设计规范的发展动向进行了总结 指出了我国现行 公路工程抗 震设计规范 的差距 探讨了我国 公路工程抗震设计规范 修订的一些内 容 关键词 土工格栅大型直剪实验拉拔实验大型振动台实验隔震减震公 路工程抗震设计 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s t r a c t 1 1 1 er e i n f o r c e de a r t ht e c h n i q u eh a sb e e nu s e df o rm a n yy e a r s a st h e a d v a n c e m e n to fr e i n f o r c e m e n tm a t e r i a l s t h eg e o g r i di su s e dw i d e l yi np r e v e n t i n g a n d t r e a t i n gp r o b l e m so fs u b g r a d es t r e n g t h e n i n g a n ds o f t s o i lf o u n d a t i o n t r e a t m e n ti nt h eh i g h w a y r a i l w a ye t c f i e l d s t h a n k st oi t sm o s th i g h l i g h t e d r e i n f o r c e m e n te f f e c t i nt h eh i g he a r t h q u a k ei n t e n s i t ya r e a h o w e v e r t h er e s e a r c h a b o u tg e o g r i d si n t e r a c t i o nm e c h a n i s m r e i n f o r c e m e me f f e c te t c i ss c a r c e t 1 1 i s p a p e rf o u n dt h a tg e o g r i de q u a l st oe a r t h q u a k ei s o l a t i o na n dr e d u c t i o nt h r o u g h e a r t h q u a k ed a m a g e ss u r v e yo fr e i n f o r c e de a r t he m b a n k m e m a n dd i r e c ts h e a r t e s t d r a w i n gt e s t v i b r a t i o nt a b l et e s ta n dt h e r e f o r ei t i sag o o ds e i s m i c s t r e n g t h e n i n gm e t h o di ne m b a n k m e n te n g i n e e r i n g b a s i cw o r ko ft h i sp a p e ri se a r t h q u a k ed a m a g e ss u r v e yo ft y p i c a le m b a n k m e n t w o r k i n gp o i n t sw h i c ha d d e du pt 010a f t e rg r e a ts i c h u a ne a r t h q u a k eo nd u w e n r o a dw h e r er e i n f o r c e de a r t he m b a n k m e n tw o r k i n gp o i n t sa r e8 o t h e r sa r e u n r e i n f o r c e d t h i ss u r v e yr e v e a l e d t h ep e r f o r m a n c eo fr e i n f o r c e de a r t h e m b a n k m e n ti sm u c hb e t t e rt h a nu n r e i n f o r c e d a f t e rt h a t 14g r o u p sd i r e c ts h e a r t e s t sw e r ec a r r i e do u ti nt h ec o n d i t i o n so fd i f f e r e n tc o m p a c m e s st oc o m p a r e r e i n f o r c e da n du n r e i n f o r c e d a n dd i f f e r e n ts h e a ra n g l ei nt h er e i n f o r c e dc o n d i t i o n a n d4g r o u p sd r a w i n gt e s ti nt h ec i r c u m s t a n c e so fv a r i e dc o m p a c t n e s s t or e s e a r c h o nt h ep r o p e r t i e so fr e i n f o r c e de a r t h t h em a i nc o n c l u s i o n sa r e 1 t h ee q u i v a l e n t c o h e s i o na n dc o m p r e h e n s i v ei n t e r n a lf r i c t i o na n g e li m p r o v e da f t e rr e i n f o r c e d w i t hg e o g r i d p r o v e di tc a r li m p r o v es t a b i l i t ya n di n t e g r i t ye f f e c t i v e l y a n dh a s g o o da s e i s m i cp e r f o r m a n c ei nt h ea s e i s m i cp o i n t 2 i nt h ed i r e c ts h e a rt e s to f d i f f e r e n ta n g e l t h er e i n f o r c e m e n te f f e c ti sb a dw h e nt h ea n g l eo fs h e a rp l a n ei s 4 5 i fg e o g r i di sp l a c e dv e r t i c a l l y t h ec o n s t r u c t i o ni si n c o n v e n i e n t o b v i o u s l y l e v e lr e i n f o r c e m e n tc a nn o to n l ye n s u r er e i n f o r c e m e n te f f e c tb u ta l s of a v o r c o n s t r u c t i o ni ns i t e i nf u n d m e n t a lt h e o r ya s p e c t 2g r o u p sm o d e lt e s tw e r ed i do n v i b r a t i o nt a b l et o c o m p a r el a y e r e d s o i la n dr e i n f o r c e d l a y e r e ds o i l a n d d i s c o v e r e d t h a ts e i s m i c a m p l i f y i n g e f f e c t sr e d u c e d e v i d e n t l yt h r o u g h r e i n f o r c e m e n t a s e i s m i ct e c h n i q u ew i l lb ep r o m o t e dg r e a t l yb yw e i c h u a ng r e a te a r t h q u a k e f i n a l l y c o n v e n t i o n a la s e i s m i cc o d e si nd i f f e r e n tc o u n t r i e ss u c ha sj a p a n u s e u n e wz e a l a n d e c h i n ae t c a r ec o m p a r e da n dc o n t r a s t e d a n ds u m m a r i z e d 西南交通大学硕士研究生学位论文第l ii 页 t r e n d si nd o m e s t i ca n da b r o a da s e i s m i cf i e l d t h e np o i n t e do u td i f f e r e n c e sa n d d i s c u s s e ds o m er e v i s e dc o n t e n t so fe x i s t i n ga s e i s m i cd e s i g nc o d eo fh i g h w a y e n g i n e e r i n g si no u rc o u n t r y k 呵w o r d s g e o t e c h n i c a lg r i l l e l a r g e s c a l ed i r e c ts h e a rt e s t d r a w i n gt e s t v i b r a t i o nt a b l et e s t e a r t h q u a k ei s o l a t i o na n dr e d u c t i o n h i g h w a y e n g i n e e r i n g s a s e i s m i cd e s i g n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查 阅和借阅 本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文 本学位论文属于 1 保密口 在年解密后适用本授权书 2 不保密西使用本授权书 请在以上方框内打 学位论文作者签名 萋辅菇毅l 日期 多叶 听 7 指导棚签名 狮艘卜 日期 矽叩 年1 7 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集体 均已在文中作了明确的说明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承 担 本学位论文的主要创新点如下 1 通过加筋与未加筋路堤震灾调查 土工格栅加筋土大型直剪 拉 拔实验 振动台实验等研究 发现土工格栅具有隔震减震作用 对路堤工程 是一种很好的抗震加固措施 2 通过总结国内外先进抗震经验 结合其它现行抗震规范 对我国 公路工程抗震设计规范 线路工程提出新的抗震措施条款 供新规范的修 订做参考 莲觚 卅 嘶f 7 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究意义 第1 章绪论 土工合成材料如土工格栅 土工格室在路基病害防治中运用已十分广 泛 土工合成材料应用于路基可有效分配荷载 约束侧向变形 提高路基的 强度和刚度 对增强路基的稳定性具有重要作用 与岩土工程上常用的挡墙 抗滑桩 锚索以及反压护道措施相比 其经济效益和社会效益十分显著 但在高地震烈度区地震力作用下 土工格栅作用机理 加固效果 材料 抗变形特性等的研究甚少 计算分析方法欠完善和成熟 现场实际工点测试 资料积累甚少 国内外也缺乏这方面的相关报道 土工合成材料可有效隔阻 地震力传递 对增强路基的地震刚度 强度 稳定性具有重要作用 土工合 成材料的成功应用 可望减少高地震烈度区常见的各种路基病害 提高道路 的抗震减灾能力 同时对于完善计算理论 加深设计深度 为高地震烈度区 更合理 更有效应用土工合成材料积累经验 1 2 国内外研究现状 1 2 1 土工合成材料在国内外的应用与发展现状 现代土工合成材料是以高分子聚合物如聚乙烯 聚丙烯 聚酞胺及聚醋 等为原料所制成的用于岩土加固工程中的各种产品1 1 3 土工合成材料由来已久 数千年前人类就利用芦苇加筋黏土建造房屋 这可以说是原始的土工合成材料 据文献1 4 5 记载 土工合成材料的最早应 用 是2 0 世纪3 0 4 0 年代将聚乙烯 聚氯乙烯土工膜用作渠道和水池的防 渗 1 9 3 0 年美国北卡罗来纳州首次使用棉纺织品加固路基土 随着化纤工业 的发展 5 0 年代才有以化纤制成的织造型土工织物问世 1 9 5 8 年美国佛罗 里达州将土工织物铺在海岸块石护坡下作为防冲垫层 此举被公认为是土工 合成材料用于岩土工程的开端 6 o 土工合成材料的主要创始人之一基劳德先生将土工合成材料发展进程 划分为三个阶段 1 9 6 旷1 9 7 5 年为开拓时期 1 9 7 5 1 9 9 0 年为设计施工方 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 法研究和新产品开发时期 1 9 9 0 年以后为土工聚合物时期 即岩土工程师与 聚合物专家合作进行改进设计施工方法和研制新产品时期 在2 0 世纪6 0 年代末 非织物型无纺土工织物投入市场 由于它具有反 滤 排水功能 因而极大的拓宽了土工织物的应用领域 然而 那时的土工 合成材料的类型还仅限于土工膜与土工织物 6 0 年代初 中期 根据材料复 合概念进行了塑料排水带的研制和生产 与此同时 荷兰人首先以双层土工 织物缝制成土工模袋 这样 土工合成材料又增加了土工复合材料和土工特 种材料两大类 早期的发展侧重于工程的需要 研制开发品种繁多的各类产 品 按经验办事 和其它技术的拓展规律类似 应用与实践居于主导地位 2 0 世纪7 0 年代初 才开始了材料机理和设计准则的探讨 人们初步总 结土工合成材料具有隔离 反滤和加筋3 种基本功能 稍后 进一步认识到 还有排水 导水 功能 如6 0 年代中后期 法国岩土工程师v i d a l h 提出 了土的加筋理论 逐步形成了加筋土的设计方法 7 0 年代初 美国学者参考 了粒状土的反滤需要 提出了最早的适用于土工织物的反滤准则 1 9 7 9 年巴 黎召开的国际加筋土会议后 利用土工合成材料取代初期的金属条带来加筋 土体的技术才被正式提上日程 从而有土工格栅产品的兴起 由于涉及土工合成材料应用的大部分问题也是为了解决土体的稳定 变 形和渗流等问题 这些问题也正是土力学研究的对象 所以一开始 有关土 工合成材料设计理论和施工方法的拟订 自然以土力学原理为基础 如土体 的稳定性分析基本上采用极限平衡理论 变形计算依赖于土体的固结理论 渗流分析服从达西定律 土体本来就是一种性状复杂的材料 当它和另外一 种随变形 压力甚至温度的变化而非线性的变化的土工合成材料复合时 由 它们的相互作用而表现出来的现象当然就更复杂了 这两种材料复合后 共 同的工作机理有许多到现在还没有摸索清楚 这是由许多因素造成的 如直 接引用土力学方法不恰当 或是改进这些方法时所作的假设欠合理 或是考 虑的因素不周全 还有的是依据的经验不同等原因所致 在学术交流方面 4 年一次的国际土工合成材料学术会议 巴黎 1 9 7 7 年 美国 1 9 8 2 年 维也纳 1 9 8 6 年 荷兰 1 9 9 0 年 新加坡 1 9 9 4 年 亚特兰大 1 9 9 8 年 法国的n i e c r i v i e r a 2 0 0 2 年 已举行了7 次 同时还 召开了多次地区性和专门性的会议 大大促进了土工合成材料这一新材料和 新技术的发展 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 土工合成材料在我国的应用和发展i 7 1 大体上也可以分为三个阶段 第一阶段自2 0 世纪6 0 年代中期至7 0 年代末期 可称为自发应用阶段 当时我国市场上己经出现很多塑料和化纤产品 在河南 陕西 北京 山西 山东等省的多处灌溉渠道 河北省的一座进洪闸和辽宁省的一座混凝土支墩 坝上 曾先后利用塑料薄膜作为防渗材料 6 0 年代初 铁路上成功的利用氯 丁橡胶作为路基的封闭层 1 9 7 8 年在云南田坝贮煤场修建了我国第一座试验 性加筋土挡墙 1 9 8 0 年在山西铜城 陵川公路上修建了第一座公路加筋土 挡墙 第二阶段自2 0 世纪8 0 年代初期至8 0 年代末期 可称为技术引进阶段 1 9 8 1 年我国铁路部门研究试用美国 英国生产的无纺布及国产透水和不透水 合成材料作为路基的基层 以防止翻浆冒泥 取得了良好效果 同年 天津 新港引进日本生产的塑料排水带 同时研制成功自制的产品 1 9 8 2 1 9 8 3 年进行了塑料排水带与袋装砂井的对比试验 作为加固软弱地基的措施 在 我国首次获得了成功 第三阶段从2 0 世纪8 0 年代末至现在 可称为建设与发展阶段 加筋土 筋材测试方法 设计规范不断完善 1 9 9 1 年南京水利科学研究院编写了 土 工合成材料测试手册 1 9 9 2 年土工合成材料协会编写了 土工合成材料工 程应用百例 1 9 9 4 年 土工合成材料应用原理 问世 同年 土工合成材 料协会编写了 土工合成材料工程应用手册 1 9 9 1 年交通部颁布了 公路 加筋土工程设计规范 j t j 0 1 5 9 1 1 9 9 8 年又颁布了 公路土工合成 材料应用技术规程 1 9 9 8 年建设部颁布了 土工合成材料应用技术规程 g b 5 0 2 9 d 呻8 1 1 9 9 8 年水利部颁布了 土工合成材料测试规程 和 水 利水电土工合成材料应用技术规程 s l t 2 2 5 m 9 8 1 9 9 8 年铁道部颁布了 铁路路基土工合成材料应用技术规程 这些对规范加筋的测试方法及工 程应用发挥了重要作用 在学术交流方面 我国土工合成材料学术会议己举行了6 次 天津 1 9 8 4 年 辽宁沈阳 1 9 8 9 年 江苏仪征 1 9 9 2 年 湖北宜昌 2 0 0 0 年 陕西西 安 2 0 0 4 年 1 2 2 土工格栅的研究与应用现状 1 土工格栅的定义 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 土工格栅是采用高密度聚乙烯 h d p e 或聚丙烯 p p 经挤压拉伸形 成的新型土工合成材料 它在岩土工程应用中以加筋作用为主 土工格栅是 由横肋 仃a n s v e r s eb a r s 纵肋 1 0 n 西m d i n a lf i b s 及网孔 a p e r t u r e s 组成 图1 1 k 黉 糍 翱 蠢豹魁抗力 一吖 j f t 弋交 搬助纛纛力 横躺摩奠力焉 簟巍土王撂 獬取向 z 格 图1 1 土工格栅结构 土工格栅的加固效果主要体现在3 个方面 8 卅 包括土工格栅纵肋和横 肋表面与土粒的摩擦作用 土粒对格栅肋的被动阻抗作用及格栅的孔眼对土 的镶嵌与咬合作用 通对土工格栅进行大 小型拉拔试验发现 土与格栅的 表面摩阻力及土对横肋的阻力构成了拉拔状态下格栅阻力 且摩擦力在变形 较小时即可达到峰值 随着格栅的进一步变形 土工格栅的横肋逐渐占主要 作用 并最终可以承担大约9 0 的格栅加筋拉力 土工织物和土工膜等其它 土工合成材料 容易被填料刺破而损坏筋材结构 降低隔离及加固效果 相 对而言 土工格栅结构的网孔尺寸的稳定性好 格栅的肋条较粗 而且一般 网节点处厚度远大于网孔肋条厚度且强度高 不易发生网孔断裂 因此 土 工格栅材料具有较强的抗冲击性 提高了抗尖石刺破能力 并由此降低了加 筋结构对回填土材料性质的要求 提高与扩大了土工格栅的适应能力与应用 范围 2 1 土工格栅用于路堤工程的现状 加筋土技术在七十年代引入中国 自1 9 7 9 年第一座8 m 高加筋土挡墙在 云南建成以来 土工加筋技术应用和研究在我国得到了极大重视 建立了相 应的加筋土工程技术规范 9 0 年代以来 由于土工织物所具有的功能和特性 以及在工程中的实际应用效果 引起全国各行各业的极大兴趣 加筋土技术 的应用已由最初的砂性填土发展到粘性填土 低挡墙发展到高挡墙 并大量 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 推广应用到公路路堤工程 港口护岸工程 柔性桥台工程等特殊工作环境下 的工程结构中 目前 土工格栅在路堤工程中应用广泛 北京工业大学的陶连金等f l o 2 0 0 6 采用f l a c 数值方法对黄土加筋路 堤施工全程进行模拟 基于室内压缩试验和f i s h 动态模量输入的方法来描 述土体的压实 利用土体在不同围压下的压缩模量来计算其变形模量 并用 该法对宁夏黄土地区高速公路某路堤加筋试验工程进行了模拟 模拟结果和 实测值较为接近 结果显示 随着路堤施工的推进 长短筋材发挥的作用不 断变化 在路堤填土高度不高时 长短筋材受力区别不明显 填土高度增大 时 短筋受力逐渐减少 长筋受力不断增大 并且 据长筋的受力特点可以 分为3 个区域 边缘区 受力区 内部区 对黄土路堤加筋效果的评价不仅 应包括对筋材和路堤稳定性的提高 而且还应包括筋材对路堤不均匀沉降和 基底土压力的调整作用 北京工业大学的张志清等 l l 2 0 0 7 采用有限元方法对黄土路堤在加筋 和无筋条件下的应力和变形规律进行了数值分析 得出了加筋黄土路堤可以 使湿陷性黄土路堤的变形趋缓 横向应力显示出比较均匀的受压状态和稳定 的受力趋势 从而改善路基不利的受力状态 并给出了土工合成材料加筋设 计方案 北京工业大学的胡江碧 1 2 2 0 0 7 研究在高填方路堤中铺设土工合成材 料的最佳加筋位置的确定方法 基于极限平衡理论 采用在土内加筋的方法 增加剪切面上的正应力以提高土体的抗剪强度 从而改进了加筋路堤 获得 了确定最佳加筋位置的方法 并利用计算机进行滑动面搜索确定了最佳加筋 方案 通过对8 种典型黄土加筋高填方路堤的稳定性分析与最佳加筋位置的 应用分析 验证了此方法的可行性和筋材的加筋位置及其效果 通过对已有公开发表的国内外相关文献的检索 目前尚未有关于土工格 栅在路堤工程中的地震动力反应特性的研究 更未见土工格栅路堤的模型试 验报道 1 3 本文的技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 本文的技术路线如下图1 2 图1 2 技术路线示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章都汶路汶川地震典型路堤工点震害调查 2 1 调查区概况 都江堰一映秀区域位于四川盆地西北侧 龙门山地中南段 海拔一般在 1 0 0 0 3 0 0 0 米 地势自西北向东南倾斜 岷江干流至北向南过漩口后折向 北东流经该区域 主要支流有古溪沟 寿江 该区域覆盖层以粘性碎块石土 漂卵砾石土为主 基岩以砂岩 砂页岩夹煤层 灰岩为主 强风化层3 1 5 米 区内断裂基本构造格架为龙门山构造带 安县 灌县断裂 茅亭 龙溪 断裂 发育断裂主要有 平武断裂 茂汶断裂 北川 映秀断裂 寿溪河断 裂 纸厂沟断裂 主要公路为国道2 1 3 线 为三级公路 全长3 2 k m 从都 江堰到马鞍石隧道进口为绕紫坪铺大坝绕坝公路 2 0 0 3 年建成运营 从马鞍 石隧道出口到映秀为0 5 年竣工修建的三级路 公路抗震设计按场地基本烈 度为 度考虑 本章主要介绍2 0 0 8 年5 月2 6 日 9 月1 5 日 课题组对g 2 1 3 都江堰一 一映秀三级公路全线长约4 0 k m 路段的路堤工程进行的震害调查情况 该段 公路沿岷江河谷展布 为典型的西部山区公路 涵盖了 x 度三个烈 度区 如图2 1 所示 图2 1 调查区域示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 2 典型工点震害调查 2 2 1 工点1 1 工程概况 工点处线路走向s e l 0 5 纬度 3 10 1 0 3 5 度 经度 1 0 3 5 2 6 9 度 位 于 烈度区 距震中1 5 2 5 公里 路堤高4 2 米 长约1 7 9 米 图2 2 工点l 特点 高填方 最大填方高度达4 2 m 右边坡放三级下台 左边坡 二级半台护坡 路堤顶部满铺1 0 层土工格栅 左右边坡中部i i 级平台位 置均铺设1 0 层长8o m 的土工格栅 左右两侧边坡基底均铺设1 0 层长1 2 m 的土工格栅 左右两侧边坡各层土工格栅均一一对应 位于同一高程 土工 格栅间距均为o 5 m 存左侧坡脚库水位线以下 设置了2 0 号预制砼块护 坡 2 震害调查 隗 氅 图2 3 断面图 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 破坏概况 路面路缘石纵向拉裂 缝宽3 4 e m 路面发育三个鼓包 整个路堤在地震作用下整体完好 右侧边坡i 级护道及其上方1 m 范围内拉 裂 i l 级护道鼓张变形 左侧边坡i 级护道拉裂 级护道以下鼓张 菱形 骨架挤压鼓起 错动 破裂 典型测量线坡面破坏形式 距坡项94 m 98 m 1 22 m 1 24 5 m 出现 张裂缝 一级平台高度为80 m 平台发育一贯穿张裂缝 沿平台斜向延伸 裂缝上错15 c m 图2 49 4 m 处裂缝 圈2 598 m 处拉裂缝 2 2 2 工点2 1 工程概况 工点处线路走向n e 5 0 与发震断层基本一致 纬度 3 10 5 2 4 度 经度 1 0 34 7 7 8 度 化于 烈度区 距震中1 11 公里 路堤高1 6 米 长约 4 2 米 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 图2 8 工点2 本段路堤的特点 下部铺设5 层土工格栅 上部铺设4 层土工格栅 间隔o5 米 浆砌片石护坡 加土工膜防水设计 2 震害调查 破坏概况 本段路堤基本完好 只在坡脚处见鼓包现象 2 2 3 工点3 圈2 9 坡脚部分兹包 1 工程概况 工点处公路走向n e 6 0 纬度 3 10 0 5 3 2 度 经度 1 0 34 6 4 度 位于 x 烈度区 距震中9 3 9 公里 路堤高2 0 米 长约3 0 米 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 蓄霸耧 匿嚣 黼 f f警 妻墨器黔麟礤 一滋嘶 黟 爹气堋 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 纬度 3 1 0 0 4 4 2 路堤高1 4 米 本段路堤特点 本段路堤位于 v 型沟道内 路面下8 m 处放平台 设置宽2o m 的反压护道 坡脚砌有护脚墙 紧邻护脚墙顶铺设5 层土工格 栅 间隔0 6 米 2 j 震害调查 破坏概况 路堤整体稳定 坡面发育多条纵向张裂缝 路肩下第一条张 裂缝形成弧形开裂 贯穿整个坡面 第二条裂缝和第三条裂缝在坡体右边汇 合 第四条裂缝斜向延伸到涵洞顶部 涵洞上方混凝土护坡出现纵向张拉裂 缝 涵洞翼墙 施工缝错位现象严重 水流直接在裂缝中形成过流通道 从 路堤本体通过 汇入岷江 边坡距路面35 m 处有一长1 o r e 高4 5 c m 的鼓 包 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 图2 1 7 长1 0 m 高4 5 c m 的鼓包图2 1 8 兆有四条线裂缝弧j 髟裂缝 2 2 5 工点5 图2 2 1 施工缝错落 形成渗水通道 1 工程概况 工点线路走向n e 5 4 舒麻塘路堤属于半缓半陡斜坡路堤 右侧为缓 倾 左侧基底倾角虽大可达3 15 1 1 6 3 纬度 3 10 0 4 1 5 度 经度 1 0 34 9 4 5 度 位于 烈度区 距震中1 22 7 公里 路堤高2 5 米 长约8 3 米 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 图2 2 2 工点5 特点 基底复杂 属于半陡半缓基底 基底最大倾角达4 6 5 容易 产生不均匀沉降 土工格栅加筋堤 底部6 层 上部5 层 间隔0 6 米 多种工程措施综合运用 锚索抗滑桩 桩基托梁 衡重式挡土墙 土工格栅 加筋堤 2 震害调查 破坏概况 右侧第二块防撞墩开裂达5 c m 6 一1 0 块防撞墩破坏 中部 防撞墩开裂35 c m 中部鼓包 菱形护坡节点剪断 底部鼓张 右侧路堤边 坡检修道及其破坏情况 经查 裂缝多呈倾斜状 与坡面水平线小角度 1 0 2 0 相交 距平台2o 2 5 m 发现鼓张裂缝 左侧路堤边坡检修道及其 破坏情况 距坡底25 3o m 骨架剪断 挡墙变形 最大外错45 c m 最少 2 c m 坡脚鼓起高度l l c m 鼓张裂缝宽度达5 c m 乏 馥 f 幽2 2 3 检修道所对挡墙外错45 c m 幽2 2 4 涵洞上方右边挡墙外错2 c m 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 2 2 6 工点6 1 工程概况 工点处线路走向n e 2 3 摹底坡度2 1 左右 纬度 3 1 0 0 9 0 2 度 经 度 0 35 0 8 8 度 位于 烈度区 距震中 35 5 公里 路堤高2 0 米 长约 6 1 米 特点 路堤位于沟谷段 基底为斜坡 最大坡度超过2 前3 0 米 成都方向 路面边缘约1 0 m 处设置宽15 m 的反压护道 后3 0 米 汶川 方i 向 路面边缘下8 r n 设置宽15 m 的片石砼护脚墙 路堤顶部 路面下 10 15 m 起 铺设五层问距o5 m 的土工格栅 型号为c a t t s g 3 0 5 0 路堤底部 护脚墙以上 铺设8 层间距05 m 的土工格栅 2 震害调查 堤整体稳定性好 路堤无大的变形破坏 坡面无张拉裂缝 方形骨架局 部剪断 护脚墙项骨架下错5 e m 路肩完好 路堤本体无脱落现象 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 2 2 7 工点7 1 工程概况 工点处线路走向n e 2 3 纬度 3 10 1 0 7 度 经度 1 0 3 5 1 3 2 度 位于 烈度区 距震中1 3 9 5 公里 路堤高9 米 长约3 4 米 图2 2 9 工点7 特点 基底坡率陡 坡度2 3 3 2 4 顶部铺设土工格栅 在路 面以下1o m 15 m 处铺设两层间距o5 m 的土工格栅 坡脚设置护脚墙 坡面殴有15 x1 5 m 的棱形骨架护坡 2 震害调查 坡体整体好 左边 成都方向 检修道脚部发现轻微水平裂缝 右边 汶 川方向 坡脚砌有卵石护脚墙 路肩路缘石外倾 路面转弯处有2 个柏邻的 地震鼓包 间距约2 m 上边坡挡墙为桩板式抗滑挡墙 在地震力作用下 板的中部出现纵向裂缝 桩未见损坏 经查 检修道基本完好 偶见横向裂 缝 西南交通大学硕士研究生学位论文第 页 2 2 8 工点8 1 工程概况 工点处线路走向n e 8 2 曲线切线 路面至挡土墙 顶距离为1 2 m 纬度 3 1 0 1 3 9 3 度 经度 1 0 35 1 5 4 度 位于 烈度区 距 震中1 4 1 3 公里 路堤高2 5 米 长约1 0 0 米 图2 3 2 工点8 路堤特点 该路段距友谊隧道入e l3 0 m 桩基托粱挡墙加筋堤 项部铺 设5 层土工格栅 中部j 级 f 台附近铺设5 层长50 m 的土工格栅 摹底 托 梁附近 铺设8 层土工格栅 所有土工格栅间距均为o6 m 2 震害调查 破坏概况 路面具有拉裂缝 路堤稳定性较好 坡面具有 定程度拉裂 鼓张现象 棱形骨架有鼓张 剪断发生 挡墙桩顼侧向位移4 一一l o c m 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 2 2 9 工点9 1 工程概况 工点处线路走向n e l l 基底斜坡坡度2 2 1 1 2 4 6 纬度 3 0 9 9 0 8 7 度 经度 1 0 34 8 3 度 位于 烈度区 距震中1 15 2 公里 路堤高1 3 米 长约2 2 米 r 一 一 图2 3 5 工点9 路面已重伫 路堤特点 本段路堤未铺设土工格栅 距路面8 0 m 的地方设置一宽20 m 的反压护道 坡面铺设有1 5 1 5 m 的棱形骨架护坡 2 震害调查 破坏概况 坡面损坏较严重 不能通车 坡体上部拉开最大宽度3 0 c m 的张裂缝 裂缝深度7 0 c m 以上 坡体底部挤压鼓起 摹本形成滑体 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 测量线 本段在排水沟左侧的检修道上设置一条测量线 坡底约在1 9 m 处 挤压鼓起 7 0 c m 的拉裂缝 66 69 m 处 有一宽2 3 c m 的拉裂缝 9 o m 处 菱形骨架护坡节点剪断 1 4t o i n 处 张裂缝 排水沟右岸裂缝拉开5 0 c m 沟底鼓张 萨 霪器 图2 4 2 淘底鼓张 图2 4 3 排水沟右岸裂缝拉开5 0 c m 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 2 2 1 0 工点1 0 1 工程概况 本段路堤为弯道处的陡斜坡路堤 走向 弯道切向 为n e 3 2 纬度 3 1 0 0 5 3 5 度 经度 1 0 34 9 8 度 位于 烈度区 距震中1 2 5 8 公里 路堤高 1 4 米 长约5 0 米 路堤特点 基底坡度为2 3 3 路面以下8 0 m 处设置宽2 0 m 的反压护 道 本段未铺设土工格栅 图2 4 4 工点1 0 2 震害调查 破坏情况 坡体在地震力作用下发生破裂变形 路面开裂 最大裂缝宽 约5 c m 呈圆弧状延伸 长2 82 m 直至坡下 坡面护道平台上方人行梯步 侧边最大下坐5 0 c m 即坡体最大垂直位移2 7 8 e m 水平位移4 17 c m 坡体 上部变形严重 棱形骨架挤压 剪断 护道下台上方鼓张 在检修道设一典型测量线 其中反压护道平台位于1 3 0 m 处 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 2 3 调查分析 2 3 1 震害等级评判标准设定 目前 国际上公认的抗震设防原则是叫 震不坏 呻震可修 大震不 倒 根据三级抗震设防原则 定义三级地震水平 这是国内外规范理念发 展的总趋势 岩土地震工程学是地震工程学中的薄弱环节 尚未提炼出明确 的实施条例 但也应是发展目标 由于震害等级的计定首先是制定抢修保通 方案的荩本依据 同时也与三级抗震设防原则相对应 我们将震害严重程度 划分成表2 1 所示的5 个等级 作为路基t 程震害评定的标准 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 表2 1 震害等级评判标准 对应设防 震害程度评判标准加固或修复措施 原则的表 述 完好无明显震害可正常使用不坏 构筑物出现裂缝掉块等现象或可正常使用 按常规 基本完好不坏 轻微变形 养护要求修复即可 有明显变形 但主要受力构件 可维持使用 在抢险 损伤基本完好 在正常工况下构筑可修 物整体能维持稳定 阶段过后逐步修复 构筑物产生过大变形或局部破 必须采取紧急抢险加 严重损害固措施 才能够保通可修 坏 但未出现整体倒塌 运行 路基主体崩塌或滑动 挡墙倒 毁坏重建倒毁 毁 2 3 2 调查结果分析 通过对都汶路汶川地震典型路堤1 0 个工点震害的调查 其中未加筋工点2 个 加筋工点8 个 调查的结果汇总在下表2 2 可以看到汶川地震对这些 高烈度地区高路堤或多或少都造成破坏 而未加筋路堤破坏比较严重 加筋 路堤虽也有所破坏 但路堤整体相对比较稳定 对于上部加筋的路堤整体性 更好一大部分工点路堤基本完好 甚至高4 2 米的加筋高路堤整个路堤在 地震作用下整体基本完好 容易得出 加筋路堤在地震中表现好于未加筋路 堤 尤其是上部加筋的路堤 整体性更好 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 2 2 都汶路汶川地震典型路堤工点震害调查表 工 距离长高 点 加筋情烈震害 编况度 经度纬度 度 震中度度震害情况 评价 号 公里 米 米 顶部满 铺 中部 经1 0 3 5 2 6 9 路面路缘石纵向拉裂 缝宽3 4 c m 路面发 基本 l 1 5 2 51 7 94 2 育三个鼓包 偶见菱形骨架挤压鼓起 错动 及底部 纬3 1 0 1 0 3 5 完好 铺设 破裂 上下部 经1 0 3 4 7 7 8 2 l l4 21 6只在坡脚处见鼓包现象 完好 铺设纬3 1 0 5 2 4 底部铺 经1 0 3 4 6 4 锥体护坡脱落 坡面护道平台上方出现三个鼓 3x9 3 93 02 0 包 混凝土骨架挤断 涵洞洞顶施上缝垂商错 损伤 设纬3 1 0 0 5 3 距1 3 c m 洞底施工缝水平错距4 7 c m 下部铺 经1 0 3 4 6 2 3 路堤整体稳定 坡面发育多条纵向张裂缝 涵 4x 9 2 51 51 4洞翼墙 施工缝错位现象严重 边坡距路面损伤 设 纬3 1 0 0 4 4 2 3 5 m 处有一长1 o m 高4 5 c m 的鼓包 上下部 经1 0 3 4 9 4 5 防撞墩破坏 中部鼓包 骨架剪断 挡墙变形 基本 5 1 2 2 78 32 5 最大外错4 5 c m 最少2 c m 坡脚鼓起高度 铺设 纬3 1 0 0 4 1 5 完好 l l c m 鼓张裂缝宽度达5 c m 上 一f 部 经1 0 3 5 0 8 8 路堤无火的变形破坏 坡面无张拉裂缝 方形 基本 6 1 3 5 56 12 0骨架局部剪断 护脚墙项骨架下错5 c m 路肩 铺设 纬3 1 0 0 9 0 2 完好 完好 顶部铺 经1 0 3 5 1 3 2 坡体整体完好 检修道脚部发现轻微水平裂基本 7 1 3 9 5 3 49 设 纬3 1 0 1 0 7 缝 路面转弯处有2 个鼓包 完好 上中下 经1 0 3 5 1 5 4 路面具有拉裂缝 路堤稳定性较好 坡面具有 基本 8 1 4 1 31 0 02 5一定程度拉裂 鼓张现象 棱形骨架有鼓张 部铺设 纬3 1 0 1 3 9 3 完好 剪断发生 经1 0 3 4 8 3 坡面损坏较严重 不能通 乍 坡体上部拉 i 最 严重 9未铺设 1 1 5 32 21 3大宽度3 0 c m 的张裂缝 裂缝深度7 0 c m 以上 纬3 0 9 9 0 8 7 损害 坡体底部挤压鼓起 基本形成一滑体 坡体发生破裂变形 路面外裂 最人裂缝宽约 5 c m 长2 8 2 m 直至坡卜 坡面护道平台上 经1 0 3 4 9 8 方人行梯步侧边最大f 坐5 0 c m 即坡体最大严重 1 0未铺设 1 2 5 85 01 4 纬3 1 0 0 5 3 5 垂直位移2 7 8 c m 水平位移4 1 7 c m 坡体上损害 部变形严重 棱形骨架剪断 护道平台上方鼓 张 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 第3 章土工格栅加筋土特性实验研究 3 1 格栅与土相互作用的研究现状 土工格栅是国外8 0 年代开发的一种新型土工合成材料 是聚丙烯或聚 乙烯高分子聚合物在一定温度下 经过压延 冲孔 纵向拉伸f 使高分子聚合 物的分子链定向排列 达到提高其抗拉强度的目的 冷却定型等工艺过程制 作而成的片状网状结构物 1 3 根据材料的不同 分为钢塑土工格栅 塑料土 工格栅 涤纶纤维经编土工格栅和玻璃纤维经编土工格栅等类型 其中 塑 料土工格栅的应用更为广泛 钢塑土工格栅作为新型材料也正逐渐得到应 用 1 4 3 1 1 土工格栅的特性 土工格栅的的纵肋及横肋组成了其特有的结构特征 而其材料特性决定 了它的独特的力学特性 与土作用形成加筋复合体 决定了土工格栅必须具 有耐久性 施工现场又要求土工格栅的施工应方便简单 以下是土工格栅的 特性 1 5 1 结构特性 土工格栅呈网状结构 由纵肋及横肋组成 具有较高的拉伸强度和较低 的伸长率 结点处厚度较大 对土料颗粒具有侧向阻力作用 它的横肋较粗 强度高 不易发生网眼断裂 抗冲击性强 能大大提高抗尖石刺破能力 网 孔稳定性好 对粗粒土有较强的嵌锁作用及拱效应 增大了土工格栅与填料 的剪切阻力 尤其是双向土工格栅 具有与台球框相似结果的特点 能与土 体颗粒形成非常有效的咬合和嵌固作用 形成网兜效应 其加筋整体效果更 加明显 2 力学特性 由于制造过程中经过了定向拉伸 使聚合物的长链碳氢原子沿拉伸方向 重新排列成一直线 因此大大提高了土工格栅拉伸强度f 比未拉伸前可提高 5 1 0 倍1 而伸长率却仅为原板材的l o 1 5 f 3 1 耐候性及耐久性 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 土工格栅的主要原料是聚乙烯或聚丙烯 其中加有稳定剂 抗氧剂 紫 外光屏蔽剂等 使土工格栅耐酸 碱 盐等腐蚀 并具有优异的耐候性和长 期稳定性 4 施工特性 土工格栅是一种质轻且有一定柔性的平面网材 易于现场裁剪 连接f 可 用聚乙烯绳或连接棒连接 l 也可重叠搭接 便于现场组装成所需构造形状 此外土工格栅在施工过程中折曲影响小 施工简单 不需要特殊的施工机械 和专业技术工人 3 1 2 土工格栅的功能 一般认为 土工格栅最主要的功能是其加筋作用 同时 我们也不能忽 视土工格栅的其它功能 它们在加筋过程中同样起着十分重要的作用 土工 格栅的主要功能如下 1 j t n 筋 r e i n f o r c e m e n t 作用 土工格栅具有很高的抗拉强度和张拉模量 因此能将荷载和