颗粒粒径对立体格栅网–砂界面剪切特性影响

传统平面格栅限制土体侧向位移的能力较弱,而立体格栅网在传统平面格栅基础上增强了横肋与土体的侧阻力作用,有助于增强加筋土结构中筋土界面的相互作用,提高加筋土结构抗变形能力和整体稳定性。为了研究网孔尺寸和颗粒粒径对立体格栅网–石英砂界面剪切特性的影响,通过3D打印技术制作不同网孔尺寸和不同增强型横肋数量的立体格栅网,利用室内大型直剪仪进行一系列单调直剪试验。试验分析了颗粒粒径、格栅网孔开口率和增强型横肋数量变化时界面的似黏聚力、摩擦角及剪切强度系数的变化规律;基于试验,建立了界面剪胀系数模型,定量分析了颗粒平均粒径和格栅网孔开口率对立体格栅网–砂界面剪胀特性的影响。结果表明:当颗粒粒径增大,界面似黏聚力最大提高了65.53%,摩擦角最大提高了7.85%,表明颗粒粒径对立体格栅网–砂界面的似黏聚力影响更明显,对摩擦角的影响较小。当竖向应力从20增大至60 kPa,不同立体格栅网–砂界面最大剪胀角降幅为38.1%~60.8%,表明界面最大剪胀角随竖向应力的增加而逐渐降低。当颗粒粒径较大、格栅网孔开口率较小时,界面的剪胀量较大;剪切强度系数随粒径的增大而增加,增幅最高可达8.76%,表明立体格栅网与粒径较大的填料之间具有更好的互锁作用。

基于3D打印的立体格栅网筋土界面剪切特性研究

在传统平面土工格栅基础上增加横肋厚度构成立体格栅网,其增强型横肋产生的被动阻抗作用可有效限制土体变形。为了研究立体格栅网中增强型横肋对筋土界面剪切特性的影响,基于3D打印技术,制作了5种不同横肋厚度(t=3,6,9,12,15 mm)的土工格栅模型,通过室内大型直剪试验分析不同横肋厚度和竖向应力(σ=20,40,60 kPa)对立体格栅网界面直剪特性的影响;并在试验基础上,进一步探讨了剪切模式下增强型横肋厚度对被动侧阻力的影响,提出横肋侧阻力的理论计算公式。结果表明:不同竖向应力下立体格栅网界面(t=6,9,12,15 mm)的破坏剪应力平均值较平面土工格栅(t=3 mm)分别提高了4.2%、19.3%、29.7%和39.1%,界面最终剪胀量分别增加了0.093、0.192、0.282、0.337 mm;增强型横肋的存在提高了界面的似黏聚力和摩擦角,似黏聚力和摩擦角值随着横肋厚度的增加而呈现出递增趋势;建立了横肋对土颗粒提供的被动侧阻力计算公式,并通过直剪试验结果对侧阻力计算公式进行了修正,修正后的理论计算值与试验结果吻合度较好。

不同剪切速率和孔径下立体格栅筋土界面剪切特性

为研究横肋加厚的三维立体土工格栅孔径对筋土界面直剪特性的影响,利用3D打印技术制作出不同规格的三维立体土工格栅,将格栅孔径(25 mm×25 mm、35 mm×35 mm、45 mm×45 mm)、竖向应力(30 kPa、60 kPa、90 kPa)、剪切速率(0.5 mm/min、1 mm/min、2 mm/min)作为试验参数,通过室内大型直剪仪进行单调直剪试验,对以上三种因素影响下的筋土界面剪切特性进行研究。结果表明:3种孔径格栅中,35 mm×35 mm孔径格栅的筋土界面峰值剪应力、内摩擦角最大;随着剪切速率倍增,峰值剪应力变化幅度较小,3种不同剪切速率对应的峰值剪应力之间的相对变化率处于-4%~11%;竖向应力越大,峰值剪应力越大,筋土界面峰值剪应力相对变化率大于20%,表明竖向应力对筋土界面剪切特性影响明显。