土工格柵加筋碎石土的強(qiáng)度和變形特性論文

土工格柵加筋碎石土的強(qiáng)度和變形特性論文

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1、土工格柵加筋碎石土的強(qiáng)度和變形特性論文摘要:本文作者采用高壓大型三軸儀對風(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(jī)理、試驗圍壓、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

2、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.freel3)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(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

3、水試驗,剪切速率1mm/min,試樣尺寸30.2cm×65.5cm,試驗最大圍壓σ3=800kPa;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(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(yīng)力差來衡量(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

4、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加筋對應(yīng)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(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ε1f逐漸增大,加筋后的破壞軸應(yīng)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(yīng)變εvf相差很小,說明加筋對破壞軸應(yīng)變的影響明顯大于對體應(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(

5、見圖4):隨著圍壓的增大,破壞軸應(yīng)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(yīng)變基本重合在一起,說明體應(yīng)變增長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)力差時所需的軸應(yīng)變ε1和側(cè)應(yīng)變ε3都明顯減小,A料更明顯,說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)力差時的軸應(yīng)變和側(cè)應(yīng)變也隨著圍壓的增大而逐漸增

6、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(dá)到與不加筋碎石土相同破壞應(yīng)力差時的歸一化軸應(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解釋。將加筋土中筋材的作用當(dāng)成一個附加的圍壓,分析加筋土的破壞是由Yang4首先提出來的,Donald5、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

7、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(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σ3+Δσ3的作用下的抗剪強(qiáng)度等效于加筋碎石土在圍壓σ3作用下的抗剪強(qiáng)度。提高的圍壓就稱為等效圍壓Δσ3,由等效圍壓引起的主應(yīng)力差增量為Δ(σ1-σ3),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Δσ3=σ3Δ(σ1-σ3)f/(σ1-σ3)f不(1)式中:Δσ3為等效圍壓;σ3為

8、試樣圍壓;(σ1-σ3)f不為不加筋碎石土樣的破壞應(yīng)力差;Δ(σ1-σ3)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)試驗結(jié)果,可以算出加筋碎石土樣在不同圍壓下對應(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:隨圍壓增大,主應(yīng)力差增量和等效圍壓增大的程度都逐漸減小,A

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