土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)理論及工程應(yīng)用

前言

　　《山海經(jīng)》中講到“洪水滔天，鯀竊帝之息壤以堙洪水”，講的是鯀盜竊了天帝的“息壤”用以治水。《淮南子》中也講到“禹乃以息土填洪水，以為名山”?？梢姶笥硪彩怯孟⑼羴碇嗡摹Ｄ敲催@個(gè)息壤或者息土是什么東西呢？郭璞在《山海經(jīng)注》中說：“息壤者，言土自長(zhǎng)息無限，故可以塞洪水也?！笨磥硐⑷朗且环N可以自己增長(zhǎng)的土，由于在洪水中也不會(huì)被沖毀，所以可以用來阻截洪水?！　∏凇短靻枴分幸豢跉庀蛏咸焯岢隽?70多個(gè)問題，其中一些是巖土工程問題。例如他問：“洪象極深，何以填之？”“鯀何所營(yíng)？禹何所成？”應(yīng)當(dāng)說屈原提出的這些問題是很有專業(yè)水平的：當(dāng)時(shí)洪水滔滔，既深又急，用什么巖土材料和工藝填筑以修堤建壩，攔截洪水？既然鯀和他的兒子禹都使用了息壤或者息土，那么息壤是什么東西，為什么鯀“九年而水不息，功用不成”，結(jié)果被“殛于羽山而死”，而大禹卻功成于天下，二者的治水方略有什么不同呢？我們知道，大禹治水是十分辛苦的，充分發(fā)揮了艱苦奮斗的精神。“勞身焦思，居外十三年，過家門而不入”（《史記》）；也很重視規(guī)劃和技術(shù)，“左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩”，親自勘察測(cè)量，規(guī)劃設(shè)計(jì)；但是成功的關(guān)鍵恐怕還是治水的總體方案正確，沒有單純依靠息土來攔截洪水，而是湮、導(dǎo)、蓄相結(jié)合，綜合治理，即“開九州，通九道，陂九澤，度九山”，最終戰(zhàn)勝了洪水。　　這里就有一個(gè)讓巖土工程技術(shù)人員十分感興趣的問題，那就是“息壤”既然是一種土，它的實(shí)物應(yīng)當(dāng)是什么東西？首先它是在治水中應(yīng)用的，它能夠保持整體而不被沖散，其次是它能夠在水中不斷地增高增大筑成圍堰、堤壩?！　≡?0世紀(jì)60年代，我在黃河的青銅峽水庫工地，見到當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在黃河用“草土圍堰”在水中筑堤的過程。首先從岸邊的一端出發(fā)，在水中用土壓下大量的草排，在土上面再鋪一層草排，壓一層土，逐層增厚，人們站在水面以上的草土體上面，再向前推進(jìn)。在草排的保護(hù)下土不會(huì)被水沖走，草土混合體不斷加厚、加寬、加長(zhǎng)，不斷的進(jìn)展，最后筑成大堤。后來在黑龍江省一個(gè)縣的水利局工作，見到當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在柳條捆子上壓碎石攔河筑壩，也是采用類似的施工工藝，建成過水壩，雍高水位，引水灌溉稻田。我也親自指揮民工用這種條排在呼蘭河鋪底護(hù)岸。在四川的都江堰，曾見到用竹籠、木樁和榪槎修建的魚嘴，兩三千年來，在滾滾江水中將水分流，灌區(qū)千萬畝農(nóng)田，即時(shí)在2008年的汶川大地震中也安然無恙。那么這些在水中不會(huì)被沖毀，可以不斷加高加厚，不斷生息增長(zhǎng)的加筋土不正是傳說中所謂的息壤嗎?？梢韵胍?，當(dāng)時(shí)古代在遍地洪水的大地上，先民們是用草與樹枝加土石這種加筋土來圍筑堤防、排除洪水、重建家園的。

內(nèi)容概要

本書較為全面、系統(tǒng)地分析了土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論及其工程應(yīng)用，集中體現(xiàn)了作者多年來關(guān)于土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)的研究理論及其成果，并結(jié)合多個(gè)工程實(shí)踐，研究了不同結(jié)構(gòu)體的作用機(jī)理及其工作特性。　　在基于分析加筋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法及其應(yīng)用的基礎(chǔ)上，本書首先對(duì)土工格柵拉筋材料的工程特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，試驗(yàn)研究了不同強(qiáng)度、不同速率條件下的土工格柵拉伸特性以及在不同填料介質(zhì)中的筋/土摩擦特性和長(zhǎng)期蠕變特性；然后分析了加筋土擋墻及邊坡的設(shè)計(jì)計(jì)算和穩(wěn)定性分析中的科學(xué)問題，并對(duì)土工格柵加筋土擋墻水平變形進(jìn)行了深入的理論分析與研究。在此基礎(chǔ)上，書中對(duì)8種不同結(jié)構(gòu)形式加筋土結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理和工程特性進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究和有限元分析，最后提出了各種土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)的施工工藝及質(zhì)量控制技術(shù)措施。這些內(nèi)容不僅能促進(jìn)土工格柵及加筋土結(jié)構(gòu)的學(xué)術(shù)理論發(fā)展，而且可以指導(dǎo)工程建設(shè)實(shí)踐。　　本書可供土建、水利、交通、鐵道等領(lǐng)域的科研、勘察、設(shè)計(jì)、施工人員，高等學(xué)校師生，以及從事土工合成材料產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)人員參考。

書籍目錄

第1章  緒論  1．1  加筋土結(jié)構(gòu)及其發(fā)展概述    1．1．1  加筋土結(jié)構(gòu)的組成    1．1．2  加筋土結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀  1．2  土工合成材料的發(fā)展及種類    1．2．1  土工合成材料工程應(yīng)用發(fā)展史    1．2．2  土工合成材料的種類    1．2．3  土工格柵的分類    1．3  土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法    1．3．1  錨固楔體法    1．3．2  雙楔體法    1．3．3  基于考慮水平變形的極限平衡理論設(shè)計(jì)方法    1．3．4  極限狀態(tài)法      1．3．5  基于剪力滯理論的設(shè)計(jì)方法    1．3．6  位移法    1．3．7  有限單元法    1．3．8  條分法    1．4  本書的研究目的與內(nèi)容    1．4．1  研究目的    1．4．2  主要研究?jī)?nèi)容  參考文獻(xiàn)第2章  土工格柵的工程特性研究  2．1  土工格柵的拉伸特性研究    2．1．1  簡(jiǎn)述    2．1．2  拉伸速率對(duì)土工格柵拉伸性能的影響  2．2  土工格柵與土體的界面摩擦特性研究    2．2．1  簡(jiǎn)述    2．2．2  影響土工格柵與土體界面摩擦特性試驗(yàn)結(jié)果的主要因素      2．2．3  土工格柵拉拔力組成  2．4  土工格柵在砂礫料、黏性土中的摩擦特性試驗(yàn)研究    2．2．5  試驗(yàn)條件對(duì)土工格柵與土體界面摩擦特性的影響  2．3  土工格柵蠕變特性研究    2．3．1  蠕變曲線與模型    2．3．2  土工格柵蠕變特性試驗(yàn)研究    參考文獻(xiàn)第3章  加筋土結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計(jì)理論研究  3．1  加筋土結(jié)構(gòu)的斷面形式  3．2  加筋土結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)  3．3  土工格柵加筋機(jī)理    3．3．1  摩擦加筋原理    3．3．2  準(zhǔn)黏聚力原理    3．3．3  基于斷裂理論的加筋土邊坡穩(wěn)定性分析  3．4  加筋土陡邊坡設(shè)計(jì)方法研究    3．4．1  條分法    3．4．2  雙楔體法    3．4．3  設(shè)計(jì)方法比較    3．4．4  有關(guān)問題的探討  3．5  加筋土擋墻設(shè)計(jì)方法研究    3．5．1  路肩擋墻設(shè)計(jì)方法    3．5．2  路堤擋墻設(shè)計(jì)方法    3．5．3  斜面擋墻設(shè)計(jì)方法    3．5．4  多級(jí)臺(tái)階式擋墻設(shè)計(jì)方法    參考文獻(xiàn)第4章  土工格柵加筋土擋墻水平變形計(jì)算  4．1  土工合成材料加筋土擋墻水平變形的主要形狀  4．2  土工合成材料加筋土擋墻水平變形來源與計(jì)算方法  4．3  基于黏彈性特征的土工格柵拉筋伸長(zhǎng)變形  4．4  筋／土相對(duì)位移    4．4．1  拉筋單元    4．4．2  土體單元    4．4．3  筋／土相對(duì)位移  4．5  基于各向異性彈性體假定的加筋土擋墻墻體水平變形    4．5．1  加筋土擋墻等效的各向異性彈性體    4．5．2  各向異性加筋土擋墻的彈性特征    4．5．3  加筋土擋墻墻體的水平變形……第5章  整體現(xiàn)澆面板式土工格柵加筋土高擋墻應(yīng)用技術(shù)研究第6章  反包式土工格柵加筋土高擋墻應(yīng)用技術(shù)研究第7章  模塊式土工格柵加筋石灰土擋墻應(yīng)用技術(shù)研究第8章  土工格柵加筋土擋墻水平變形實(shí)驗(yàn)研究第9章  路堤式加筋土鐵路擋墻應(yīng)用技術(shù)研究第10章  雙極臺(tái)階式土工格柵加筋土鐵路擋墻應(yīng)用技術(shù)研究第11章  土工格柵加筋土陡邊坡路堤應(yīng)用技術(shù)研究第12章  土工格柵加筋土高邊坡應(yīng)用技術(shù)研究第13章  土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

章節(jié)摘錄

　　1.1 加筋土結(jié)構(gòu)及其發(fā)展概述　　土體具有一定的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度卻很低。在土體中摻人或鋪設(shè)適量的拉筋材料后，可以不同程度地改善土體的強(qiáng)度與變形特征。將拉筋材料埋置在土體中，可以擴(kuò)散土體的應(yīng)力、增加土體模量、傳遞拉應(yīng)力、限制土體側(cè)向變形，同時(shí)還能增加土體和其他材料之間的摩阻力，提高土體及有關(guān)結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性。因此，在填土中加入抗拉材料，通過摩擦力將拉筋材料的抗拉強(qiáng)度與土體的抗壓強(qiáng)度結(jié)合起來，增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性，使土體的整體強(qiáng)度得以提高。該技術(shù)已廣泛用于修筑路基、擋土墻、橋臺(tái)、堤壩等工程。　　從廣義上講，凡在土體內(nèi)加入筋材，充分利用土體的抗壓強(qiáng)度和筋材的抗拉強(qiáng)度的穩(wěn)定結(jié)合體均可稱為加筋土結(jié)構(gòu)，如：在軟土路基的基底鋪設(shè)單層或多層高強(qiáng)度的土工織物或土工格柵來約束淺層軟土地基的側(cè)向變形，提高路基的抗滑穩(wěn)定性；在復(fù)合地基表面，利用土工合成材料和砂、碎石等組成加筋墊層，以傳遞和調(diào)整基底應(yīng)力分布，減少不均勻沉降；在路基邊坡內(nèi)加入筋材，以增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定，防止邊坡溜坍等。本書中的加筋土結(jié)構(gòu)指加筋土作為一個(gè)整體在工程中發(fā)揮作用，如加筋土擋墻、加筋土陡邊坡等。

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