纤维纱加筋黄土力学变形特性及本构模型研究

将纺织坯布进行开松、分梳、切断形成纤维纱,将纤维纱按照一定掺加比例与素黄土拌合制备成纤维纱加筋黄土。利用伺服液压加载双室高压三轴仪对纤维纱加筋黄土进行等向压缩试验及三轴剪切试验,系统分析纤维纱加筋黄土的压缩变形及应力-应变特性。试验结果表明:在等向压缩试验中,随着素黄土中纤维纱掺加比例的增大,其压缩变形量减小;确定出纤维纱加筋黄土的屈服压力,屈服压力随素黄土中纤维纱掺加比例的增大而提高。根据纤维纱加筋黄土三轴剪切试验应力-应变关系发现,在相同的固结压力作用下,随着素黄土中纤维纱掺加比例的增大,反映出的剪应力也随之增大;在相同的纤维纱掺加比例条件下,随着固结压力的增大,反映出的剪应力也随之增大。构建一个可以综合反映纤维纱加筋黄土实际加固效果的指标——纤维加筋指数Ir,通过三轴剪切试验数据分析得到纤维加筋指数Ir随着轴向应变的增大而逐渐减小;黏聚力随着纤维加筋指数Ir的增大呈双曲线增大的变化趋势,内摩擦角随着纤维加筋指数Ir的增大基本保持不变。基于修正剑桥模型的理论基础,根据纤维加筋指数Ir的不同,确定出随着纤维加筋指数Ir变化而变化的等向压缩球应力以及临界状态线,以塑性体积应变为硬化参量,推导出纤维纱加筋黄土弹塑性本构模型。通过试验验证,证明了本构模型可以较为合理地描述纤维纱加筋黄土的力学变形特性。

加筋红土的广义等效围压和极限平衡条件

从加筋土体中筋材的作用相当于等效围压的概念出发,提出了一般加筋土体广义等效围压的概念。基于加筋前后土体达到相同强度的围压差,建立起包含传统等效围压的广义等效围压计算式;根据加筋土体仍然服从于莫尔-库仑强度理论,引入两个加筋指数α,β来反映筋材对土体抗剪强度的影响,建立起包含传统极限平衡关系的加筋土体极限平衡条件;并讨论了不同排水条件和筋材性质对加筋指数的影响。红土加柔性筋材试验结果表明,不同排水条件下,α基本接近于1;β随排水条件而变化,完全排水条件下的β大于1,完全不排水条件下的β小于1。固结不排水条件下的β有时大于1,有时小于1,可能与加筋层数和筋材性质有关;加筋红土在完全排水条件下的广义等效围压为正,在完全不排水条件和固结不排水条件加筋层数较少时的广义等效围压为负;β和广义等效围压都随加筋层数的增加而增大。