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土工格室的基本原理

发布时间:2015-04-01 08:37:16 | 来源:华腾

 

        土工格室的基本原理

  土工格室之所以具有卓越功效而受到工程界的关注,还应从其基本原理说起。国外文献中在描述其原理时称其为“一种蜂窝状三维限制系统,可以在很大范围内显著提高普通填充材料在承载和虫蚀控制应用中的性能。”它的关键原理就是三维限制。

  大家都知道,当汽车行驶在沙漠上时,就会压出两道深深的辙印,被压部分深深下陷,车辙两侧会高高隆起。后面的车辆如果继续沿着车辙前进,沉陷部分会进一步下沉、隆起部分会进一步隆起,直到隆起部分蹭到了车底盘、沉陷的车辙埋没了大半个轮子,进而无法前进。之所以如此,就是因为当外荷作用于地基表面时,依据普朗特尔理论和泰勒理论可知:在集中荷载的作用下,主动区1受压下沉,并将力向两侧分解传递给过渡区2,过度区2又传给被动区3,被动区就会毫无限制地发生形变而隆起。也就是说,载荷一旦作用于路基,在载荷的下方就会形成起契状的主动区域,它又通过过渡区域进行挤压,从而使被动区域发生隆起。也就是说,通过沿滑移线的剪切力和移动主动、过渡、被动三个区域的力决定了地基的承载能力。不仅在沙基地上可以十分明显的体会到以上原理的真实过程,在软基公路上也会找到这种的样板,只不过其形成的速率较之在砂上的变化慢些罢了。即使较好的路基材料也仍然无法避免其横向移动。一般的高速公路路基都高出地面好几米,吸水翻浆不太容易,但长期沉降依然存在。究其原因,雨水滲透、材料流失、基地下沉是其中部分原因,路基路面在车轮荷载长期碾压、振动力的作用下,材料向路基断面两侧横向位移不可否认是另外一个十分重要的原因。以我省各地各级公路为例,都有在该路的主行车道上可以明显感觉到路面已经被压出了一条“S”型沟状带。部分高速公路也不例外,汽车行驶在行车道上的颠簸明显强烈于行驶在超车带上的感觉,在道桥连接段尤为明显(俗称“桥头跳车”)。这种沟状路基沉降就是路基材料横向滑移的典型。

  工程中常规处理路基的方法无需赘述,其目的就是提高地基材料的抗剪力和摩擦力,减少或延缓地基材料在荷载的压力或震动作用下发生移动的能力,因而工程中对材料的要求必然有许多苛刻的限制,如果不能就近获取所需材料,就需要外购这些材料,购买材料的费用和运输费用占去整个工程成本的很大部分。而使用土工格室就可以就地或就近取材,甚至可以使用在常规情况下不能使用的材料,从而大幅度减少材料购置费用和运输费用。为什么会这样呢?土工格室承载情况示意:在集中载荷作用下,受力的主动区1依然会把所受的力传递给过渡区2,但由于格室壁的侧向限制和相邻格室的反作用力,以及填料与格室壁的摩擦力所形成横向阻力,抑制了过渡区2和被动区3的横向移动倾向,从而使路基的承载能力得以提高。经过试验,在格室的限制作用下,中密砂的表观粘聚力可以增加三十几倍。很显然,如果能增加路基材料的抗剪力或抑制三个区域移动就可以取得提高地基承载力的效果,这就是土工格室的限制原理。大多情况下格室内充填砂砾或碎石等非粘性材料,因此,土工格室加固层又是一个水平排水通道,可加快饱和土固结过程中空隙水压力消散速度,从而加速土体的固结。总之,土工格室具有垫层、加筋、排水、调节应力及变形,提高土体抗渗能力的综合功效。

土工格室的基本原理

 



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