水利工程論文-土工格柵加筋碎石土的強度和變形特性.doc

水利工程論文-土工格柵加筋碎石土的強度和變形特性摘要：本文作者采用高壓大型三軸儀對風化程度不同的兩種碎石土進行了加筋與不加筋固結(jié)排水三軸試驗研究，并引入了等效圍壓、加筋效果系數(shù)等概念，對碎石土加筋效果、加筋機理、試驗圍壓、土料性質(zhì)等因素進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度和破壞應變，對土的破壞有延滯作用；在同一破壞應力水平下加筋碎石土試樣的軸應變與側(cè)應變都明顯減?。凰槭恋募咏钚ЧS圍壓的增加減弱，加筋效果也與碎石顆粒的風化程度、軟硬等因素有關(guān)；加筋機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用于各種粗粒土體中，大大地改進了土體的性能，提高了土體的強度，是一種有發(fā)展前途的土工合成材料，國內(nèi)外許多學者從不同角度對此進行了研究13，取得了較好的研究成果。本文作者通過對加筋與不加筋碎石土的高壓大三軸試驗研究，取得了一些有價值的成果。1試驗情況試驗采用風化程度不同的兩種板巖碎石土(A、B料)，A料風化弱，顆粒粗硬且棱角尖；B料礦物較軟且風化強。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材料混合比重礫石吸水率干密度/(g/cm3)相對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材料延伸率(%)抗拉強度/(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A、B兩種碎石土分別進行了加3層筋與不加筋的高壓大型常規(guī)三軸固結(jié)排水試驗，剪切速率1mm/min，試樣尺寸30.2cm65.5cm，試驗最大圍壓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加筋對碎石土強度特性的影響研究表明：加筋后的破壞應力差比不加筋時明顯增大，A料比B料增加更為明顯。其增長的程度可用規(guī)一化破壞主應力差來衡量(指破壞主應力差除以圍壓)，如圖2所示，表明隨著圍壓的增大，破壞主應力差增長的程度逐漸減小，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力差與圍壓關(guān)系3加筋對應變特性的影響3.1加筋對碎石土的破壞有延滯作用圖3給出了不同圍壓下A料加筋前后的應力-應變-體變與圍壓關(guān)系，表明不管加筋與否，隨著圍壓的增大，破壞軸應變1f逐漸增大，加筋后的破壞軸應變比不加筋時明顯增大，說明加筋對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變vf相差很小，說明加筋對破壞軸應變的影響明顯大于對體應變的影響。由于B料比A料風化強，在外力作用下易碎，故B料比A料的破壞軸應變和體應變都大。規(guī)一化結(jié)果表明(見圖4)：隨著圍壓的增大，破壞軸應變的增長程度逐漸減小，且加筋與不加筋情況下的曲線逐漸接近，說明加筋對土的破壞延滯作用隨圍壓的增大而減弱，規(guī)一化體應變基本重合在一起，說明體應變增長程度受圍壓影響很小。圖3A碎石料加筋前后應力應變體變關(guān)系圖4規(guī)一化破壞軸應變、體應變與圍壓的關(guān)系)3.2加筋提高了碎石土的剛度試驗結(jié)果表明：在相同的圍壓下，加筋后達到與不加筋相同破壞應力差時所需的軸應變和側(cè)應變都明顯減小，A料更明顯，說明加筋的作用提高了試樣的強度和剛度。達相同破壞應力差時的軸應變和側(cè)應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達到與不加筋碎石土相同破壞應力差時的歸一化軸應變與圍壓關(guān)系圖6達到與不加筋碎石土相同破壞應力差時的歸一化側(cè)應變與圍壓關(guān)系4加筋機理探討試驗結(jié)果表明：加筋可以提高碎石土的強度，減小其變形，其加筋機理可以用等效圍壓的概念來解釋。將加筋土中筋材的作用當成一個附加的圍壓，分析加筋土的破壞是由Yang首先提出來的，Donald、6等人用等效圍壓的概念較好地分析了三軸試驗中加筋砂土的破壞。所謂等效圍壓，是指試樣在三軸壓縮剪切試驗過程中，加筋土樣與不加筋土樣在相同的圍壓作用下，加筋土樣的應力-應變曲線比不加筋土樣高，破壞主應力差大，加筋土樣抗剪強度增大的效果相當于提高了作用于試樣的圍壓，即不加筋碎石土在圍壓3+3的作用下的抗剪強度等效于加筋碎石土在圍壓3作用下的抗剪強度。提高的圍壓就稱為等效圍壓3，由等效圍壓引起的主應力差增量為(13)，等效圍壓與主應力差增量二者統(tǒng)稱為等效應力。等效圍壓被認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力差；(13)f為加筋碎石土樣與不加筋碎石土樣破壞主應力差之差。根據(jù)試驗結(jié)果，可以算出加筋碎石土樣在不同圍壓下對應的等效圍壓及主應力差增量的大小，表明：等效主應力差和等效圍壓都隨圍壓增大而逐漸增大，尤以等效主應力差顯著，且A料比B料增加快。規(guī)一化結(jié)果表明