筋土界面参数研究综述

结合国内外筋土界面参数的最新研究进展,从试验方法、加筋材料、填料以及常用参数定义等方面进行总结,指出现行规范中筋土界面参数在加筋材料、填料及无试验资料时的合理取值等方面存在局限;通过对各种试验方法的分析,认为直剪试验和拉拔试验是研究筋土界面特性的主要手段;然后详细讨论了各种试验方法测得的参数之间的联系,尤其是直剪试验和拉拔试验获取的界面摩擦参数的关系;最后推荐加筋土结构设计时采用强度参数而放弃似摩擦系数,并建议在更加明确对加筋材料和填料要求的同时,完善现行规范对无试验资料时筋土界面参数的推荐取值。

筋土界面参数测试方法合理选择研究

筋土界面相互作用机理和方式随加筋土结构不同以及同一加筋土结构的位置不同而有所区别,相应参数的测试方法也应不同。根据国内外筋土界面参数测试方法的最新研究成果,结合工程实践发展需要和筋土界面相互作用关系特点,建立了筋土界面参数测试方法选择原则,为工程设计和研究工作中合理选择界面参数测试方法提供了科学的参考依据。

加筋土界面特性拉拔试验仪的研发进展

为获得土中加筋固土的工作机理,国内外学者们曾先后研发了多种拉拔试验仪器并展开相关试验研究,取得了不少有价值的成果,各有关部门也制定了行业规范,对仪器开发及试验方法提出了指导意见。近年来,随着工业技术的飞速发展,人们已开始将可控、可视和数字化等新技术用于试验仪器的研发与运用,但目前对拉拔试验仪器仍没有统一的标准。为进一步规范试验仪器的开发和使用,为研究筋土界面特性提供更便捷和高效的工具,对现有拉拔试验仪器进行了归纳总结。基于长沙理工大学自主研发的大型数控拉拔试验系统(CS-LB01),结合十多年用它开展的加筋膨胀土拉拔试验及对土中加筋作用力的深入研究,进一步分析发现试验中箱体尺寸、夹具位置、拉拔方向、位移量程等对测试结果有重要的影响。总结提出:施测过程中拉拔速度与位移、测试时的温度与湿度及填料填筑碾压等相关工作参数应怎样正确设置;必须按照实际工况模拟不利条件和环境下开展试验,确保测试结果符合实际;结合消除箱壁摩擦、合理裁剪筋材、夹具夹紧筋材测点等测试技术上所获得的新认识,为下一步新仪器的开发及试验操作的规范化提供参考。

考虑间接作用影响的加筋土强度特性分析

对于加筋土强度的研究,多数研究者大都仅考虑加筋的直接作用,但还需考虑加筋的间接作用,若考虑间接加筋作用后,加筋土强度还会有很大提高。为此从间接加筋作用出发,仍将加筋土的破坏分为拉断破坏和黏着破坏,针对轴对称荷载下斜向布筋的加筋土三轴试样,认为试样处于极限平衡状态,通过改变间接作用范围内土的黏聚力大小,并通过内力分析,认为试样处于静力平衡状态,从而得到极限平衡条件下加筋土的大主应力表达式,再针对增大的黏聚力满布加筋作用范围、填料为砂土、加筋层与试样横截面夹角为零度及不考虑间接作用等情况做了详细讨论分析。结果表明:当间接加筋作用范围内土的黏聚力增大时,加筋土强度会有很大提高,当间接加筋作用满布加筋层的作用范围,则间接加筋作用会发挥到最大;当筋材与试样横截面夹角为零度时,加筋效果最佳;当考虑间接加筋作用时,加筋砂土也会表现出很高的似黏聚力;当不考虑间接加筋作用时,则强度表达式就变成通常情况下的加筋土强度表达式。

基于间接加筋作用的加筋土强度降低原因分析

为了进一步探索加筋土强度降低的原因,从间接加筋角度出发,通过考虑加筋的负面作用,得到了加筋作用影响范围内土体强度参数的劣化机理,由此推导出了拉断破坏和黏着破坏情形下的加筋土强度表达式,并对这两种强度表达式作了讨论分析。研究结果表明:①当加筋作用不足以弥补黏聚力与摩阻力的减少时,加筋土的强度会低于不加筋土的强度。②加筋土强度的降低程度与土-筋界面的渗透性、加筋材料在土中形成的夹层、加筋间距等有关。③在加筋土工程的设计中,应优化筋土比例,合理化加筋间距,改善土筋界面的透水性,使间接加筋作用发挥到最大,从而可以进一步提高加筋土的强度。

考虑间接加筋作用的加筋黏土强度分析

从间接加筋作用角度出发,通过强化一定范围内土的黏聚力,得到极限平衡状态下加筋土强度表达式。研究表明:当加筋作用影响范围增大时,加筋土的强度会进一步提高,当这种作用满布加筋影响范围时,则加筋土强度的提高会达到极致程度;当加筋材料水平布置时,加筋效果最好。对于砂土,当考虑间接加筋作用时,会有更大的似黏聚力。所得表达式具有普遍适用性。

双强度折减法在加筋土边坡稳定分析应用的研究

有限元强度折减法在加筋土边坡的稳定分析中被广泛应用,但因加筋材料和土体是2种性质迥异的材料,因此针对土体强度和加筋材料界面强度采用相同的强度折减系数是否合理值得进一步研究。通过建立加筋材料(土工格栅)界面直剪摩擦特性的三维数值模型,研究了土体强度和土工格栅界面强度的折减规律。结果表明,强度折减过程中土体强度和土工格栅界面强度的折减系数并不一致。为此,提出了土工格栅加筋土边坡稳定分析的双强度折减法,该方法能充分体现土工格栅的加筋作用,使稳定分析结果更合理。

筋土界面特性宏细观分析试验仪器研制与应用

为了更全面地分析筋土界面相互作用特性,改制了一台可视加筋土界面特性宏细观分析的试验仪器,可开展不同土工合成材料与填料的直剪和拉拔试验;该仪器改进了试验箱的尺寸,可方便两种试验的对比分析,增加了图像摄录系统,可进行试验过程的细观分析。使用新研制仪器分别进行了土工合成材料(土工格栅和土工布)加筋尾矿砂的直剪和拉拔试验,试验结果表明:两种试验条件下,土工格栅与尾矿的界面参数(似黏聚力和似摩擦角)及似摩擦系数均比土工布与尾矿的界面参数和似摩擦系数大;直剪试验下筋材网孔的有无对筋–尾矿界面参数均有较大影响,拉拔试验下筋材网孔有无对筋–尾矿界面参数似黏聚力的影响较为显著,对似摩擦角的影响较小。随着宏观变量法向应力的增加,细观参数孔隙率减小,平均接触数增加,反映在宏观上的现象就是填料颗粒被压密,筋材需要克服的阻力增大。该试验仪器能够较好地分析筋土界面宏细观特性,获得关键技术指标以用于加筋结构的设计。