水利工程論文-土工格柵加筋碎石土的強(qiáng)度和變形特性.doc

水利工程論文-土工格柵加筋碎石土的強(qiáng)度和變形特性摘要：本文作者采用高壓大型三軸儀對(duì)風(fēng)化程度不同的兩種碎石土進(jìn)行了加筋與不加筋固結(jié)排水三軸試驗(yàn)研究，并引入了等效圍壓、加筋效果系數(shù)等概念，對(duì)碎石土加筋效果、加筋機(jī)理、試驗(yàn)圍壓、土料性質(zhì)等因素進(jìn)行了較全面的分析研究，結(jié)果表明：加筋能明顯提高碎石土的強(qiáng)度和破壞應(yīng)變，對(duì)土的破壞有延滯作用；在同一破壞應(yīng)力水平下加筋碎石土試樣的軸應(yīng)變與側(cè)應(yīng)變都明顯減小；碎石土的加筋效果隨圍壓的增加減弱，加筋效果也與碎石顆粒的風(fēng)化程度、軟硬等因素有關(guān)；加筋機(jī)理可用等效圍壓的概念解釋。關(guān)鍵詞：加筋碎石土規(guī)一化等效圍壓加筋效果系數(shù)目前，聚合物土工格柵加筋材料廣泛應(yīng)用于各種粗粒土體中，大大地改進(jìn)了土體的性能，提高了土體的強(qiáng)度，是一種有發(fā)展前途的土工合成材料，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者從不同角度對(duì)此進(jìn)行了研究13，取得了較好的研究成果。本文作者通過(guò)對(duì)加筋與不加筋碎石土的高壓大三軸試驗(yàn)研究，取得了一些有價(jià)值的成果。1試驗(yàn)情況試驗(yàn)采用風(fēng)化程度不同的兩種板巖碎石土(A、B料)，A料風(fēng)化弱，顆粒粗硬且棱角尖；B料礦物較軟且風(fēng)化強(qiáng)。加筋材料為重慶慶蘭塑料制品有限公司生產(chǎn)的SDL25型單軸土工格柵，各種材料基本特性見表1、表2.表1碎石土基本特性指標(biāo)材料混合比重礫石吸水率干密度/(g/cm3)相對(duì)密度振后顆粒破碎度(%)5mm含量(%)顆粒最大粒徑/mmA2.712.61.930.906.61360B2.844.31.980.9012.41360表2加筋材料基本特性指標(biāo)材料延伸率(%)抗拉強(qiáng)度/(kN/根)格棒方向柵肋方向格棒方向柵肋方向土工格柵峰值6.518.471.230.77破壞值7.269.061.180.74本文對(duì)A、B兩種碎石土分別進(jìn)行了加3層筋與不加筋的高壓大型常規(guī)三軸固結(jié)排水試驗(yàn)，剪切速率1mm/min，試樣尺寸30.2cm65.5cm，試驗(yàn)最大圍壓3800kPa；分3層均勻平鋪于試樣上，且3層格柵縱橫格肋在水平向保持同向，試樣布筋情況如圖1所示。2加筋對(duì)碎石土強(qiáng)度特性的影響研究表明：加筋后的破壞應(yīng)力差比不加筋時(shí)明顯增大，A料比B料增加更為明顯。其增長(zhǎng)的程度可用規(guī)一化破壞主應(yīng)力差來(lái)衡量(指破壞主應(yīng)力差除以圍壓)，如圖2所示，表明隨著圍壓的增大，破壞主應(yīng)力差增長(zhǎng)的程度逐漸減小，A料比B料減小快，且加筋與不加筋情況下的曲線逐漸接近，說(shuō)明加筋效果隨圍壓的增大而逐漸減小。圖1加筋碎石土三軸試件布筋位置圖2加筋與不加筋碎石土歸一化破壞應(yīng)力差與圍壓關(guān)系3加筋對(duì)應(yīng)變特性的影響3.1加筋對(duì)碎石土的破壞有延滯作用圖3給出了不同圍壓下A料加筋前后的應(yīng)力-應(yīng)變-體變與圍壓關(guān)系，表明不管加筋與否，隨著圍壓的增大，破壞軸應(yīng)變1f逐漸增大，加筋后的破壞軸應(yīng)變比不加筋時(shí)明顯增大，說(shuō)明加筋對(duì)土的破壞有延緩作用，且A料的延滯作用大于B料；而加筋后的破壞體應(yīng)變vf相差很小，說(shuō)明加筋對(duì)破壞軸應(yīng)變的影響明顯大于對(duì)體應(yīng)變的影響。由于B料比A料風(fēng)化強(qiáng)，在外力作用下易碎，故B料比A料的破壞軸應(yīng)變和體應(yīng)變都大。規(guī)一化結(jié)果表明(見圖4)：隨著圍壓的增大，破壞軸應(yīng)變的增長(zhǎng)程度逐漸減小，且加筋與不加筋情況下的曲線逐漸接近，說(shuō)明加筋對(duì)土的破壞延滯作用隨圍壓的增大而減弱，規(guī)一化體應(yīng)變基本重合在一起，說(shuō)明體應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)程度受圍壓影響很小。圖3A碎石料加筋前后應(yīng)力應(yīng)變體變關(guān)系圖4規(guī)一化破壞軸應(yīng)變、體應(yīng)變與圍壓的關(guān)系)3.2加筋提高了碎石土的剛度試驗(yàn)結(jié)果表明：在相同的圍壓下，加筋后達(dá)到與不加筋相同破壞應(yīng)力差時(shí)所需的軸應(yīng)變和側(cè)應(yīng)變都明顯減小，A料更明顯，說(shuō)明加筋的作用提高了試樣的強(qiáng)度和剛度。達(dá)相同破壞應(yīng)力差時(shí)的軸應(yīng)變和側(cè)應(yīng)變也隨著圍壓的增大而逐漸增大，增大的程度隨圍壓的增加而逐漸減小，說(shuō)明加筋抑制試樣變形的能力隨圍壓的增大而逐漸減弱，見圖5、6.圖5達(dá)到與不加筋碎石土相同破壞應(yīng)力差時(shí)的歸一化軸應(yīng)變與圍壓關(guān)系圖6達(dá)到與不加筋碎石土相同破壞應(yīng)力差時(shí)的歸一化側(cè)應(yīng)變與圍壓關(guān)系4加筋機(jī)理探討試驗(yàn)結(jié)果表明：加筋可以提高碎石土的強(qiáng)度，減小其變形，其加筋機(jī)理可以用等效圍壓的概念來(lái)解釋。將加筋土中筋材的作用當(dāng)成一個(gè)附加的圍壓，分析加筋土的破壞是由Yang首先提出來(lái)的，Donald、6等人用等效圍壓的概念較好地分析了三軸試驗(yàn)中加筋砂土的破壞。所謂等效圍壓，是指試樣在三軸壓縮剪切試驗(yàn)過(guò)程中，加筋土樣與不加筋土樣在相同的圍壓作用下，加筋土樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線比不加筋土樣高，破壞主應(yīng)力差大，加筋土樣抗剪強(qiáng)度增大的效果相當(dāng)于提高了作用于試樣的圍壓，即不加筋碎石土在圍壓3+3的作用下的抗剪強(qiáng)度等效于加筋碎石土在圍壓3作用下的抗剪強(qiáng)度。提高的圍壓就稱為等效圍壓3，由等效圍壓引起的主應(yīng)力差增量為(13)，等效圍壓與主應(yīng)力差增量二者統(tǒng)稱為等效應(yīng)力。等效圍壓被認(rèn)為是均勻分布于試樣的表面，可表示為（13）f/(13)f不(1)式中：3為等效圍壓；3為試樣圍壓；(13)f不為不加筋碎石土樣的破壞應(yīng)力差；(13)f為加筋碎石土樣與不加筋碎石土樣破壞主應(yīng)力差之差。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以算出加筋碎石土樣在不同圍壓下對(duì)應(yīng)的等效圍壓及主應(yīng)力差增量的大小，表明：等效主應(yīng)力差和等效圍壓都隨圍壓增大而逐漸增大，尤以等效主應(yīng)力差顯著，且A料比B料增加快。規(guī)一化結(jié)果表明