土工格栅多角度加筋的剪切特性细观分析

在实际加筋体结构中,土体的潜在破坏面常与加筋材料呈一定角度,因此研究加筋材料与剪切面成不同角度的剪切界面特性意义显著。利用颗粒流模拟软件PFC3D建立土工格栅斜向加筋直剪试验模型,分析不同加筋角度下接触力链、格栅受力积及变形、孔隙率、主应力和颗粒运动等细观特性。结果表明:不同布置角度的格栅在直剪过程中受力状态不同,当土工格栅与土体剪切方向小于90°时主要受拉,土工格栅与土体剪切方向大于90°时主要受压。力链及主应力都会随着格栅的加筋角度及变形而偏转;剪切面两侧的局部变形随着剪切位移的增大贯穿形成剪切带,土体颗粒与格栅发生相对位移,格栅周围孔隙率增大。

不同角度土工格栅加筋剪切特性的试验研究

研究土工合成材料与砂土之间的界面剪切特性的试验通常将土工合成材料水平放置在上下盒之间,但是在加筋体结构中,加筋土的潜在破坏面常常与加筋材料呈一定角度,因此探究加筋材料与剪切面成一定角度时的剪切界面特性有着十分重要的意义。为了探究土工格栅加筋角度对抗剪强度的影响,采用HM-5780大型直剪仪开展了一系列的土工格栅多角度加筋的直剪试验,对比了不加筋状态下的剪切特性,并结合了剪后土工格栅变形特点进行分析。试验表明,在60°加筋时,抗剪强度最大,筋材在剪切过程中主要呈受拉状态,120°和150°加筋时反而削弱了土体的抗剪强度,筋材主要呈受压状态。筋材布置角度越接近剪切过程中最大拉伸应变的方向,则其抗剪强度增加得越多。

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。

土工格栅加筋细粒含量土循环剪切特性分析

为探究加筋角度与结构剪切特性之间的关系,采用大型循环剪切仪开展多角度土工格栅加筋土循环剪切试验,探究加筋角度和循环荷载对加筋细粒含量土剪切特性的影响,分析循环剪切过程中及加筋循环后直剪加筋细粒含量土的剪切性能变化。结果表明:不同角度土工格栅加筋细粒含量土剪切应力具有差异性,单向直剪试验中,30°加筋角度下,加筋细粒含量土剪切强度最大;法向应力为300 kPa时,6种角度(30°、60°、90°、120°、150°、180°)加筋界面均呈现循环剪切硬化的特征,180°加筋角度下,循环剪切应力峰值最大;剪切应力和剪切刚度随循环次数呈正相关关系,界面阻尼比随循环周期发展变化趋于平缓;不同循环幅值和法向应力下,30°加筋角度下细粒含量土呈现弱剪切硬化现象,随循环幅值或法向应力增加,土工格栅开始受力拉动上下土体,剪切应力增幅提高。