土工格室在控制砂土液化中的定量效益

文摘   2024-12-12 09:46   安徽  
摘要:土工格室已成为许多土工系统(如道路和铁路路堤、挡土墙和基础)的重要组成部分,这归功于其在稳定性和强度方面的多重优点,但其对液化缓解的贡献尚不明确。本研究旨在通过单调三轴试验和循环三轴试验,了解土工格室加固对饱和砂土液化和液化后剪切响应的作用。通过超声波焊接3D打印聚丙烯(PP)片材,制备了具有所需物理和机械性能的低强度土工格室。在砂土中加入单个土工格室的液化效益,以孔隙水压力降低、刚度退化延迟和有效应力退化延迟为指标进行了量化。总体而言,土工格室的加入延迟了液化,在较低的初始围压、较高的循环应变幅度和较高的循环加载频率下,具有更高的有益效果。以液化所需循环次数的百分比增加来衡量的最大效益,计算结果约为230%。土工格室加固还有助于液化后剪切强度和刚度的快速恢复。

1. 引言 (Introduction)

- 背景:文章讨论了地震等自然灾害对人类生命和基础设施的严重影响,特别是土壤液化现象导致的灾难。

- 液化现象:液化是指土壤在单调或动态加载下,由于未排水或恒定体积条件下的剪切强度降低。

- 研究目的:本研究旨在通过单轴和循环三轴试验,了解土工格室加固对饱和砂土的液化和后液化剪切响应的影响。

2. 材料特性与降解 (Materials used in experiments)

- 砂土:研究使用了来自印度卡纳塔克邦高韦里河盆地的河砂,分析了其粒径分布、干单位重量等特性。

- 土工格室:土工格室是一种由相互连接的蜂窝状口袋组成的土工合成材料,通过摩擦、互锁和限制作用增强土壤性能。

3. 测试方法选择 (Selection of test method for studying liquefaction response)

- 循环三轴试验:介绍了循环三轴试验(CTX)和循环简单剪切试验(CSS)两种用于研究土壤液化响应的元素测试。

- 试验结果比较:比较了CTX和CSS试验结果,发现土工格室加固在CSS试验中对液化抵抗性的提高更为显著。

4. 三轴试验 (Triaxial tests)

- 预液化单轴试验:对未加固和土工格室加固的砂土样品进行了单轴试验,分析了其在不同围压下的剪切响应。

- 循环三轴试验:对砂土样品进行了循环加载试验,研究了围压、轴向应变幅度和加载频率对液化响应的影响。

5. 土工格室加固对后液化行为的影响 (Influence of geocell reinforcement on the post-liquefaction behavior)

- 后液化强度恢复:研究了土工格室加固对砂土在液化后剪切强度和刚度恢复的影响。

- 不同参数影响:分析了预液化围压、循环轴向应变和加载频率对后液化行为的影响。

6. 结论 (Conclusions)

- 土工格室效果:土工格室加固显著提高了砂土的预液化单轴剪切行为、液化响应和后液化强度及刚度恢复。

- 试验结果应用:这些结果可以用于土工格室加固砂土的数值模型的材料特性表征和结果验证。

文章通过实验研究,量化了土工格室在控制砂土液化中的作用,并提出了土工格室加固对提高砂土液化抵抗性的潜在效益。

参考文献

Krishnaraj, P., & Latha, G. M. (2025). Quantitative benefits of geocells in controlling liquefaction in sands. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 188, 109098.

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