地基处理技术             土工膜     撕裂强度        树根桩,      掏土纠偏,   单位面积质量 管涌,    建筑物纠偏,     灌浆托换,    复合地基，  人工挖孔灌注桩  课程内容 第1章  土工加筋技术 第2章  托换技术 第3章  地基处理技术 第4章  地基处理实践新发展 第1章  土工加筋技术  1.1 概述 max.book118.com筋技术的发展        土的加筋（Soil Reinforcement）是在软弱土层中沉入碎石桩（或砂桩）；或在人工填土的路堤或挡墙内铺设土工聚合物（或钢带、钢条、尼龙绳等）；或在边坡内打入土锚（或土钉、树根桩等作为加筋，使这种人工复合的土体，可承受抗拉、抗压、抗剪或抗弯作用，籍以提高地基承载力、减少沉降和增加地基稳定性。这种加筋作用的人工材料称为筋体（Reinforcing Element, Inclusion）。由土和筋体所组成的复合土体称为加筋土（Reinforcing Earth）。目前，加筋土已较多地用于建筑挡土墙、陡坡、路堤和浅基础地基的处理等。        以天然材料作为岩土工程材料的一个致命的弱点就是易于腐蚀、耐久性差等。金属材料的应用虽然提高了一步，但由于金属容易锈蚀，抵御化学腐蚀的能力较弱，而且成本较高，因而限制了其使用的范围，土工合成材料（geosynthetics）就随之产生了。        土工合成材料是土木工程应用合成材料的总称。近代土工合成材料的发展，是与合成材料——塑料、合成纤维和合成橡胶的发展分不开的。硝化纤维是第一个商品化的合成材料。关于土工合成材料的应用历史，可以追溯到20世纪的50年代。现已考证，土力学的奠基者太沙基（K.Terzaghi）当时用滤层布（土工织物）作为柔性结构物结合水泥灌浆，封闭Mission坝岩石坝肩与钢板桩间隙。在同一工程，用池垫（土工膜）防止上游粘土铺盖脱水。Mission坝位于加拿大，现已改称为太沙基坝。不同的资料显示，土工合成材料的应用历史更早，例如，在20世纪30年代美国已用塑料布用到游泳池的防渗措施之中。到20世50年代，美国、苏联、印度等国家开始在渠道表层采用土工膜的防渗措施。1963年荷兰采用聚乙烯土工膜作为一个占地50公顷的小型水库的防渗措施。土工合成材料在我国的应用也可以追溯到20世纪的60年代，例如，北京市东北旺农场南干渠使用聚氯乙烯土工膜防渗。有纺织物首次应用的成功实例，是在1974年江苏江都县嘶马长江的湖岸工程。该工程采用聚丙烯编织布，聚氯乙烯绳网和混凝土块组成整体沉排，防止河床冲刷。无防织物作为隔离材料，1981年铁路部门首先应用于防治“翻浆冒泥”现象。无防织物作为反滤材料，1984年首次成功地应用于云南麦子河工程大坝上。1983年铁路部门在广茂铁路路基中第一次采用了土工织物铺设在软土地基表面，增加了路堤的稳定性。在1998年我国的防洪抢险中土工合成材料发挥了很大的作用，并得到政府的大力推广，其后出现了不少“示范工程”、规范和专著，进一步促进了土工合成材料的应用和研究[3]。         随着土工合成材料品种的增多和应用研究的开展，出现了许多新的加筋土结构型式。例如，土工格栅碎石笼用于堤基加固，土工织物碎石枕用于铁路路基的加固，袋装土沿坡面砌成连续的拱圈，用以保护土坡或修复滑动的渠坡和坝坡。还有纤维土，即纤维、碎散纤维网或格栅与土的混合材料等。 max.book118.com筋的类型和作用 1.2 土工加筋原理               松散的砂在自重作用下可堆成具有天然休止角的斜坡(图2)，如在该砂中分层埋没水平向的加筋材料，则该加筋砂土就可保持一定高度的直立状态而不塌成斜坡。显然，加筋后所形成的复合体比未加筋土体力学性能有了改善。如果采用这种加筋砂土代替传统的圬工材料筑成某种工程结构物，则应该可以获得—定的经济效果，这就是现代加筋土技术的基本思路。H.Vidal，F.Schlosse r, max.book118.com以及Yang等人就加筋材料何以能提高砂土的强度进行过试验研究，试验结果认为，加筋土强度的提高或者说加筋土体自主稳定性的增加，其基本原理存在于筋-土之间的相互摩阻联结之中。这些基本原理一般可归纳为两种解释：1)摩擦加筋原理；2)准粘聚力原理(Pseudo-cohesion concept)。           图2   砂土的加固效果              1-加筋材料  2-砂土 max.book118.com 准粘聚力原理          准粘聚力原理又称为复合材料理论，填土与加筋结合为各向异性的复合材料。将加筋砂圆柱土样与未加筋砂圆柱土样进行三轴对比试验可发现。如果未加筋砂土样在s1及s2作用下达到极限平衡，那么加筋砂土在同样大小s1的作用下就达不到极限平衡，而是处于弹性平衡状态(图5)，这说明加筋土样的强度提高了。         如果在试验中对加筋砂土样施以s3并保持不变，则欲使试样达到新的极限平衡势必增大s1至s1 f。根据库仑一摩尔破坏准则，同时假定加筋前后土的值不变，则在新的极限平衡状态下的数学表达式为：     式中：——加筋土样破坏时的最大主应力；            ——作用于土样侧面的最小主应力；            ——未加筋砂的内摩阻角；            ——加筋砂土样的“准粘聚力”。       将上式与未加筋砂土样的极限平衡条件相比较，加筋砂土样多了一项由c引起的承载力。      加筋砂土力学性能的改善是由于新的复合体(即加筋砂)具有某种粘聚力的缘故。该粘聚力不是砂土原有的，而是加筋的结果，同时在试验中对土体施加的侧限应力是摩擦力而不是加筋产生的，但在试验结果中却被粘聚力(c)代替了。c称为准粘聚力，它反映了复合体本身的材料特性。 准粘聚力可通过下述关系推导出。        在三轴试验中.假如将加筋砂土视为无筋砂土样，则在其达到极限平衡状态，必有关系式： max.book118.com.2滑动破坏条件下的加筋土的强度特点        如果加筋上属于滑动破坏，则三轴试样破裂面应有图4-5-8所示的计算图式。图中，上下两个较小圆柱截断体积为，而拔出的加筋面积为。设填土与加筋带的摩擦系数为，破裂面上各筋极限拉力的和为；   图8 摩阻力成为控制因素时计算图示 1.3加筋土的特性        为了选择和应用土工合成材料，必得了解材料的工程特性，以便正确确定设计参数。有些特性参数是生产厂家提供的，例如产品的类型、聚合物的种类、加工工艺及产品规格等。同一种类型的材料，因加工工艺及制造过程不同，其工程特性有时差别很大。因此对厂家提供的数据应采取慎重的态度，使用单位应抽样试验来核实和确定。土工合成材料试验迄今尚无公认的技术规范和试验方法。现行的试验方法多数来源于其它专业，如岩土、纺织、高分子化学等等。        国际上，一些国家为了发展本国的土工织物标准试验方法，设立了相应的机构，例如美国材料与试验协会(ASTM)；英国标准研究所(BSI)，德国土工织物标准委员会(GSCG)；美国联邦公路管理局(FHWA)等等。        我国土工合成材料技术协作网于1988年组织编写了“土工织物测试方法参考标准”。 1990年由原水利电力部委托南京水利科学研究院主持编写《土工合成材

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