交通荷载作用下(高强)土工格室加筋路堤的破坏模式及计算理论研究

Strengthened geocell has been increasingly used in the reinforcement engineering. However, up to now, limited work has been done on the reinforcement mechanism and design of geocell reinforced embankment under traffic loading with little calculation theory supported, which causes the lack of related standard and code. Most geocell reinforcement is designed by engineering experience according to the design of geogrids or other reinforcements, to some extent, which will inevitably lead to safety problems of reinforcement engineering or to waste materials. In this project, cyclic load-extension test of reinforcement material, dynamic triaxial tests of reinforcement units and laboratory model tests of geocell reinforced embankment under static and dynamic loads will be carried out to investigate deformation behavior, dynamic response, unstability and progressive failure of geocell reinforced embankment on combination of finite element dynamic analysis, PFC numerical analysis and Particle Image Velocimetry technology to ascertain the results of tests. The main purpose of this investigation is to reveal reinforcement mechanism and failure modes and to establish calculation theory of geocell reinforced embankment under traffic loading, which provides theoretical basis for preparation of geocell reinforcement design code and develops and promotes the progress of geosynthetics technology.

高强土工格室的出现，推动了其在加筋工程中的应用和发展。但由于理论研究严重滞后，目前尚缺乏成熟的计算理论，更无具体的规范、标准可循，公路交通荷载作用下土工格室加筋路堤作用机理的研究也相对匮乏。土工格室加筋土工程大多参照土工格栅或其他筋材的加筋设计方法，凭借工程经验进行设计，难免会导致加筋工程出现安全隐患或材料浪费。申请者拟通过土工格室材料循环拉伸试验、加筋土单元体动三轴试验和土工格室加筋路堤动静载相似模型试验，结合有限元动力分析、离散元PFC数值模拟及PIV(Particle Image Velocimetry)测试技术，围绕公路交通荷载作用下土工格室加筋路堤的变形特性、动力响应、路堤动力失稳特性及渐进破坏过程等问题展开研究，揭示公路交通荷载作用下土工格室加筋路堤的作用机理及破坏模式，建立土工格室加筋路堤的计算理论，为土工格室加筋土设计规范的编制提供理论依据，推动土工合成材料技术的发展与进步。

土工格室作为一种具有蜂窝状或网格状的三维土工合成材料，早期的土工格室由于片材强度低、延伸率大、结点连接强度差，导致加固效果不理想，其应用大大受到限制。近年来随着高强材料及新型结点连接方式的研发，新一代高强土工格室的出现，广泛用于路基加强、软基加固、边坡防护等工程。但由于理论研究严重滞后，目前尚缺乏成熟的计算理论。. 本项目从细观力学行为、单元体特性及宏观模型变形规律等多尺度出发，通过理论分析、室内动三轴试验、配有粒子图像测试技术（PIV）的模型试验以及有限元与离散元数值模拟等方法，对交通荷载下(高强)土工格室加筋路堤的作用机理、动力响应、破坏模式以及相关计算理论进行了系统地研究，取得的主要研究成果包括：. （1）通过单元体尺度下土工格室材料及加筋体动力特性研究，建立了(高强)土工格室材料软化模型，获得了土工格室加筋体的强度、变形特性以及动力特性；. （2）通过细观尺度下土工格室加筋体力学响应和渐进破坏过程研究，获得了不同工况路堤土颗粒运动轨迹及接触力分布规律，提出了土工格室加筋路堤的破坏模式，揭示了土工格室的细观作用机理；. （3）通过宏观尺度下土工格室加筋路堤静、动载下力学响应分析，探讨了交通荷载作用下土工格室加筋路堤动力特性及土工格室加筋效果；. （4）在归纳总结试验成果基础上，揭示了土工格室加筋路堤作用机理，提出了土工格室加筋路基承载力及稳定性计算方法。. 研究成果为(高强)土工格室加筋土结构设计和施工提供了技术支撑，具有较重要的理论意义和工程实用价值。项目执行期间，项目团队取得了一些创造性的研究成果，在国内外重要期刊及学术会议上发表多篇论文；项目负责人及成员积极参加国内外学术会议，与知名学者开展广泛的合作与交流；培养了多名博士和硕士研究生。项目完成了研究任务，达到了预期研究目标。