土工格栅加筋粗粒土坡：机理及应用

20世纪80年代土工格栅在土木工程中开始应用,目前已广泛应用于公路、水利、铁路、市政等领域。土工格栅加筋粗粒土坡抗震性能好,可以收缩边坡坡脚,节省建设用地,对生态环境破坏小,可以显著降低工程的施工难度,缩短工期,从而减少工程费用,加快工程进度。但是由于土工格栅对土的加筋机理非常复杂,加筋理论目前还不完善,理论研究仍远落后于工程应用,导致工程界对加筋土结构的安全可靠性、设计方法的合理性存有疑虑,直接影响了这一有前途的路基结构形式在工程中的推广应用。李广信教授指出,岩土工程是实践性很强的学科门类, “从来都是实践先于理论,经验先于科学”,需要理论与实践的密切结合。加筋土工程更是如此,大量的工程实践是推动理论研究取得进展的必经途径。鉴于此,在新疆维吾尔自治区交通运输科技项目的资助下,新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院、武汉理工大学、新疆交通建设管理局联合开展了“土工格栅加筋陡坡路堤在新疆山区公路中的应用研究”课题的研究工作。几年来,在课题组全体成员的努力下,顺利地完成了现场调研、室内试验、现场试验、理论分析等一系列研究工作,取得了创新性成果,书中对这些成果做了详细介绍。本书以新疆山区公路为背景,对土工格栅加筋粗粒土坡的加筋机理进行了深入研究,在此基础上探讨土工格栅加筋粗粒土坡的稳定性分析方法;为兼顾理论与实用,提出了土工格栅加筋粗粒土坡安全系数计算的影响带法和均质土坡法,并详细介绍了土工格栅加筋粗粒土陡坡路堤的设计步骤,旨在推动其在工程中的广泛应用。新疆交通规划勘察设计研究院董刚院长和杨新龙副院长对全书进行了仔细的审阅,并提出了许多有益的建议。本书依托的课题研究工作得到了新疆交通运输厅等单位的大力支持,并得到了合肥工业大学钱德玲教授、长江科学院丁金华教授级高工、童军博士的帮助和指导,中国科学院武汉岩土力学研究所对本书部分试验工作给予了支持,在此一并表示衷心感谢!武汉理工大学的硕士研究生靳少卫、黄鑫、谢贝贝、陈晓鸣、李宗贺、宋海等参与了室内试验工作,新疆农业大学的硕士研究生王孟娜、本科生李跃华和张宗民,石河子大学的硕士研究生程佳佳、王优群、陈瑞考、段彦福、郭铭倍、麻佳、王艳坤参与了现场试验与资料整理工作,在此对他们表示诚挚的谢意!本书在撰写时参考了大量国内外文献和资料,已尽可能都一一列出,在此一并向这些资料的原作者表示衷心的感谢和致敬!由于作者水平有限,加之时间仓促,书中难免存在疏漏,部分结论和观点也有待进一步研究和完善,恳请专家和同行不吝赐教。

本书围绕土工格栅加筋粗粒土坡涉及的加筋机理和稳定性分析方法等问题,首先对国内外研究历史和发展现状进行了全面概括和评述,然后介绍了典型新疆粗粒土的物理力学性质,分析了适用于新疆加筋粗粒土结构的土工格栅类型,结合无侧限抗压、大三轴和拉拔试验成果论述了土工格栅加筋粗粒土的力学特性、筋土界面作用机理和界面强度规律,接着以离心模型试验为手段,探讨了土工格栅加筋粗粒土坡的变形特征和破坏形式,介绍了土工格栅加筋粗粒土坡的稳定性分析方法(包括作者提出的“影响带法”和“均质土坡法”)、土工格栅加筋粗粒土路堤的详细设计步骤,*后介绍了工程应用实例及其经济性比较。本书以推广土工格栅加筋粗粒土坡的工程应用为目的,可供土建、交通、水利及相关领域的工程技术人员和高等院校的师生参考,也可供从事相关研究的人员阅读。

胡幼常，武汉理工大学交通学院副教授，2008年毕业于武汉大学岩土工程专业，获博士学位；1983-1991年在武汉水利电力学院任教，1992至今在武汉理工大学任教。主要研究方向为岩土工程、加筋土工程、路基路面工程，近5年承担和参加“双向土工格栅处理桥头跳车的应用研究”等省部级项目5项，参加项目2项，近5年获湖北省科技进步三等奖1项，中国公路学会科学技术二等奖1项。

第1章 绪论 1
1.1 推广土工格栅加筋粗粒土坡的意义 1
1.2 国内外发展概况 2
1.2.1 加筋土发展概况 2
1.2.2 土工格栅加筋粗粒土坡工程应用概况 4
1.2.3 土工格栅加筋土的试验和理论研究概况 5
1.2.4 加筋土的应力应变分析和破坏模式研究概况 10
1.2.5 对土工格栅加筋机理的认识 11
1.2.6 加筋土坡的设计方法概况 13
1.3 主要研究内容和研究成果 15
1.3.1 主要研究内容 15
1.3.2 主要研究成果 16
第2章 典型新疆粗粒土的物理力学性质和土工格栅类型的选择 18
2.1 新疆粗粒土的基本物理力学性质 18
2.1.1 典型新疆粗粒土的选取 18
2.1.2 典型新疆粗粒土的颗粒级配 20
2.1.3 典型新疆粗粒土的击实特性 21
2.1.4 典型新疆粗粒土的抗剪强度指标 21
2.2 土工格栅类型的选择 22
2.3 小结 23
第3章 土工格栅加筋粗粒土的力学特性 24
3.1 概述 24
3.2 土工格栅加筋粗粒土无侧限抗压特性 24
3.2.1 土工格栅加筋砂砾石无侧限抗压特性 25
3.2.2 土工格栅加筋角砾土无侧限抗压特性 36
3.3 土工格栅加筋粗粒土三轴抗压特性 41
3.3.1 试验设备和试验材料 41
3.3.2 试验方案 42
3.3.3 试验方法 43
3.3.4 试验结果及分析 44
3.4 小结 49
第4章 土工格栅粗粒土界面特性试验研究 50
4.1 拉拔试验 50
4.1.1 简述 50
4.1.2 试验仪器 51
4.1.3 试验材料 51
4.1.4 试验方法 52
4.1.5 拉拔曲线特征及破坏标准的确定 52
4.1.6 破坏时筋-土界面长度的计算 54
4.1.7 表征界面强度的参数 57
4.1.8 新疆典型粗粒土的拉拔试验成果 58
4.1.9 界面强度参数的实测值 62
4.1.10 界面特性与主要影响因素的关系 65
4.2 加筋影响带观测试验 69
4.2.1 试验目的及意义 69
4.2.2 试验装置及加筋影响带观测方法 69
4.2.3 试验方案及试验材料 70
4.2.4 试验结果及分析 71
4.3 小结 73
第5章 土工格栅加筋粗粒土路堤离心模型试验 75
5.1 离心机的主要技术参数 75
5.2 模型路堤的制作 76
5.2.1 模型路堤的尺寸 76
5.2.2 模型材料制备 76
5.2.3 模型路堤的加筋方案 78
5.2.4 观测内容及方法 79
5.2.5 观测元件的布设和模型路堤的制作 79
5.2.6 加载方案 82
5.3 试验结果及分析 83
5.3.1 未加筋模型路堤的试验结果及分析 83
5.3.2 加筋模型路堤的试验结果及分析 84
5.4 小结 91
第6章 加筋土坡的稳定性分析 92
6.1 极限平衡法的适用性和存在的问题 92
6.2 加筋粗粒土坡安全系数的简化算法———均质土坡法 98
6.2.1 简化计算的意义 98
6.2.2 简化计算的理论基础 98
6.2.3 计算模型及参数 100
6.2.4 Fsg-Fsj关系的计算结果及分析 101
6.2.5 均质土坡法的计算公式 106
6.3 考虑加筋影响带的加筋土坡稳定性分析方法———影响带法 119
6.3.1 影响带法的基本内容 119
6.3.2 算例及分析 120
6.4 小结 123
第7章 土工格栅加筋粗粒土路堤结构设计 125
7.1 土工格栅加筋粗粒土路堤结构形式的选择 125
7.1.1 堤身结构 125
7.1.2 坡面防护方案 127
7.2 材料的设计参数 131
7.2.1 填料的抗剪强度指标 131
7.2.2 加筋材料的设计参数 132
7.3 土工格栅加筋粗粒土路堤设计 138
7.3.1 加筋粗粒土坡的破坏模式和稳定性要求 138
7.3.2 设计计算概要 141
7.3.3 规范法 143
7.3.4 计算机辅助法 157
7.3.5 均质土坡法 158
7.3.6 设计算例 162
7.4 小结 169
第8章 土工格栅加筋粗粒土路堤的工程应用 170
8.1 依托工程概况 170
8.2 土工格栅加筋粗粒土路堤试验段概况 171
8.2.1 试验路段的选择 171
8.2.2 填料和土工格栅 171
8.2.3 试验路堤结构方案 171
8.2.4 观测内容和观测目的 172
8.2.5 观测断面选择和观测元件布设 173
8.2.6 观测元件和观测方法 174
8.3 试验路堤的施工 175
8.3.1 清表和挖台阶 175
8.3.2 铺设土工格栅 175
8.3.3 路基填筑与压实 176
8.4 观测元件的埋设 177
8.4.1 柔性位移计的埋设 177
8.4.2 土压力盒的埋设 178
8.4.3 远程观测系统的设置 178
8.5 测试数据分析 179
8.5.1 路基填土进度曲线 179
8.5.2 土工格栅应变分析 179
8.5.3 土压力分析 188
8.6 小结 191
第9章 土工格栅加筋粗粒土路堤的经济性比较 192
9.1 A型加筋粗粒土路堤经济性比较 192
9.2 B型加筋粗粒土路堤经济性比较 193
9.3 C型加筋粗粒土路堤经济性比较 194
参考文献 196

本书围绕土工格栅加筋粗粒土坡涉及的加筋机理和稳定性分析方法等问题,首先对国内外研究历史和发展现状进行了全面概括和评述,然后介绍了典型新疆粗粒土的物理力学性质,分析了适用于新疆加筋粗粒土结构的土工格栅类型,结合无侧限抗压、大三轴和拉拔试验成果论述了土工格栅加筋粗粒土的力学特性、筋土界面作用机理和界面强度规律,接着以离心模型试验为手段,探讨了土工格栅加筋粗粒土坡的变形特征和破坏形式,介绍了土工格栅加筋粗粒土坡的稳定性分析方法(包括作者提出的“影响带法”和“均质土坡法”)、土工格栅加筋粗粒土路堤的详细设计步骤,*后介绍了工程应用实例及其经济性比较。本书以推广土工格栅加筋粗粒土坡的工程应用为目的,可供土建、交通、水利及相关领域的工程技术人员和高等院校的师生参考,也可供从事相关研究的人员阅读。

胡幼常，武汉理工大学交通学院副教授，2008年毕业于武汉大学岩土工程专业，获博士学位；1983-1991年在武汉水利电力学院任教，1992至今在武汉理工大学任教。主要研究方向为岩土工程、加筋土工程、路基路面工程，近5年承担和参加“双向土工格栅处理桥头跳车的应用研究”等省部级项目5项，参加项目2项，近5年获湖北省科技进步三等奖1项，中国公路学会科学技术二等奖1项。