级配对堆石-土工格栅界面剪切特性影响试验研究

为研究堆石级配对堆石-土工格栅界面剪切特性的影响,根据Einav提出的堆石级配方程配制5种不同级配的堆石试样,进行了设土工格栅加筋与不设土工格栅加筋堆石的界面直剪试验,分析了最大粒径和分形维数对界面抗剪强度以及加筋系数的影响,并给出了加筋系数与堆石平均粒径d₅₀与土工格栅网孔尺寸之比（粒孔比）的关系。试验结果表明,土工格栅的加筋作用主要取决于堆石颗粒与格栅之间的嵌锁作用。当堆石材料中小于格栅网孔尺寸的粗粒含量较高时,嵌锁作用显著,界面抗剪强度增大。反之,当堆石中大于格栅网孔尺寸的粗粒含量较高时,堆石与格栅间的嵌锁作用减弱,滑动作用增强,界面抗剪强度降低。因此,加筋系数随堆石级配最大粒径的增大而减小,随分形维数的增大而增大。此外,加筋系数随粒孔比的增大呈指数衰减,当粒孔比小于0.22时,加筋系数大于1.0,粒孔比大于0.3后,加筋系数趋于0.8。该试验结果对坝顶土工格栅加筋体结构的设计具有重要的参考价值。     

雨水入渗对土工格栅-堆石界面剪切特性影响试验研究

为了解雨水入渗对格栅-堆石界面剪切特性的影响，利用自主研发的大型直剪仪，针对不同雨水入渗量下的格栅加筋堆石料和无格栅加筋堆石料开展了直剪试验，分析了雨水入渗对格栅加筋堆石料抗剪强度、剪切变形以及格栅加筋系数的影响，同时与无格栅加筋堆石料的试验结果进行对比。结果表明：随着雨水入渗量的增加，格栅表面摩擦系数降低，格栅加筋堆石料的抗剪强度呈明显的减小趋势，但对无格栅加筋堆石料抗剪强度的影响较小；当格栅加筋堆石料从干燥到完全饱和状态时，其内摩擦角从53.6°减小至50.4°,粘聚力从41.9 kPa减小至23.2 kPa;由于堆石颗粒受格栅网孔的嵌锁作用，格栅加筋堆石料竖向剪胀变形较加筋前有所减小，且雨水入渗堆竖向剪胀变形的影响较小；格栅加筋系数随着雨水入渗量的增加而减小，在竖向应力为25 kPa时，格栅加筋系数减小幅度较小，且均大于1.0,当竖向应力大于50 kPa后，格栅加筋系数减小至1.0以下。     

土-格栅界面强度参数和剪切刚度试验研究

以4种不同土工格栅和2种不同填料为试验材料, 完成了不同填料初始状态(含水率、干密度)和不同剪切速率的筋-土界面特性直剪试验, 详细分析了不同工况对界面强度参数和剪切刚度的影响。结果表明:①填料压实度的增大和剪切速率的增大会分别引起格栅-砂砾石界面抗剪强度参数的增大;②格栅-砂砾石界面的抗剪强度参数和剪切刚度明显都大于格栅-黏土界面;③格栅-黏土界面似黏聚力和内摩擦角随着填料含水率的增大而显著降低, 而且格栅-黏土界面强度参数对含水率比黏土本身更为敏感;④现行规范中对格栅-土界面摩擦因数比的推荐值为0.8是合适的, 但是总结文献发现, 拉拔试验所得到的筋-土界面强度参数都远小于直剪试验;⑤法向压力的增加、填料压实度的增加、黏土填料含水率的减小以及剪切速率的减小都会使筋土界面剪切刚度明显增大;⑥在采用的4种格栅中, 纵肋较短的单向格栅-砂砾石界面的剪切刚度最大, 其余3种格栅的筋土界面剪切刚度比较接近。     

废旧轮胎条与格栅加筋土剪切性能对比研究

废旧轮胎在岩土工程中加筋的应用,与土工合成材料加筋原理比较相似。通过大型土工合成材料直剪仪,对废旧轮胎条与双向格栅、三向格栅加筋土剪切性能进行对比研究。试验结果表明:三种筋材的界面摩擦系数比均小于1,其中废旧轮胎条的界面摩擦系数比达到0.98,与素土界面摩擦系数最接近;三种筋材的加筋效果均较为显著,抗剪强度明显增大;不同加筋土内摩擦角与素土内摩擦角接近,但黏聚力显著提高,废旧轮胎条、双向格栅及三向格栅加筋土黏聚力增幅分别为24%、36%和60%;三种筋材加筋效果系数均随垂压增大而减小,相对于双向、三向格栅而言,废旧轮胎条加筋效果系数对垂压变化不太敏感。因此,在垂压变化较大的情况下,废旧轮胎条用作筋材优势较大。     

棕榈纤维加筋对上海软粘土强度特性的影响

通过直剪慢剪实验,改变筋材棕榈的加筋率及尺寸,研究棕榈作为加筋材料对上海粘土强度特性的影响。试验表明:1同素土相比,加筋土的抗剪强度和粘聚力明显提高,但内摩擦角的变化较小。2棕榈尺寸为4 mm×12 mm的抗剪强度高于4 mm×4 mm、4 mm×8 mm和4 mm×16 mm的抗剪强度,且加筋土的最优加筋率为0.5%。3垂直压力较小时,应力应变曲线呈应变软化型,随着垂直压力的增加,应力应变曲线呈应变硬化型。4同素土相比,加筋土残余强度降低,使得土体的抗变形能力提高。因此,棕榈不失为一种加固上海粘土强度的优良筋材。     

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。     

焊接土工格栅在土中锚固强度的试验

利用自主研制的大型多功能界面剪切仪,将3种不同规格的焊接土工格栅在粗颗粒土中进行了一系列室内拉拔试验,并对比分析了各组试验中的土工格栅在土中的锚固强度。试验结果表明：拉拔试验中焊接土工格栅的节点易发生破坏,从而对加筋效果产生重要影响;锚固强度随节点强度的增大而增大,而随格栅网格尺寸的增大而减小。     

土工格栅与砂垫层界面力学特性试验研究

筋土间相互作用是加筋土强度提高的根本原因,是土工合成材料加筋加固应用中的核心问题。通过室内拉拔试验,分析了法向应力、砂垫层厚度、土工格栅横肋间距3个因素对加筋体极限拉拔力的影响,从宏观角度揭示了筋土界面间的力学特性。结果表明:增设5 cm厚的砂垫层后,格栅的极限拉拔力得到显著提高;高法向应力下,砂垫层厚度对拉拔试验结果影响更显著;在土工格栅加筋软土体中,增大横肋间距会减小筋土界面摩擦角,但是对黏聚力影响不大;格栅网格形态是筋土界面特性的重要影响因素。     

土工合成材料与砂土界面摩擦特性分析

三向土工格栅作为一种新型土工材料已广泛应用于工程实践中,但其理论研究相对落后于实践。通过大型直剪仪,研究了不同强度的单向土工格栅、双向土工格栅、三向土工格栅、玻纤土工格栅和土工布与砂土界面在直接剪切时的相互作用特性,对比分析了上述5种土工合成材料在不同法向应力及剪切速率下的摩擦性能。结果表明,三向土工格栅与砂土界面的剪应力随着剪切速率的增加而减小,在同一法向应力下,三向土工格栅的剪切应力值明显大于单向和双向土工格栅。     

土工织物加筋土三轴试验研究

在常规剪切仪上进行了砂土及加筋砂土的三轴排水试验，确定了Dunean—Zhang非线性模型计算参数，探讨了加筋砂土：的强度特性及作用机理。试验结果表明：加筋土应力-应变具有非线性关系；加筋土抗剪强度指标随加筋层数的增大而增大；土工织物在小应变时所起的作用较小，大应变时作用明显。     

格栅加筋土工作机理的试验研究

加筋土的设计理论落后于工程实践,为了改变这种现状,必需弄清加筋机理。采用大型叠环式剪力仪进行了土工格栅的拉拔试验,分析了格栅与填土之间界面的特性,它是了解加筋作用的关键。研究表明,界面产生了2方面的影响：界面本身的摩阻力对土体侧向变形的约束作用增强了土体抗变形的能力;界面对筋材两侧一定范围内土体的应力状态进行了改变。前者可称为直接加筋作用,后者可视为对土体的间接加固作用。这种间接加固是由于界面受剪时扰动了界面两侧一定范围土体内的颗粒,促使加筋土体强度的增大。试验测得了这种影响范围的大小,它有助于确定筋材布置的合理间距。同时进行了仿真的数值分析,加强了对上述加筋机理的认识。通过三轴试验,对由筋材、填土和界面组成的加筋土体的整体性状也进行了研究。上述成果将为建立合理的设计方法提供理论依据。     

上海黏土掺入聚乙烯醇纤维后的强度试验研究

为研究聚乙烯醇纤维对上海黏土抗剪和抗压强度的影响以及聚乙烯醇纤维加筋材料对上海黏土强度的作用机制,分别对不同条件下的聚乙烯醇加筋上海黏土进行直剪慢剪和无侧限抗压强度试验。试验结果表明:掺入聚乙烯醇纤维后,上海黏土的抗剪强度、抗压强度均提高了,相对于素土,抗剪强度和抗压强度分别最大提高了73.7%和49.5%;抗剪强度和抗压强度的最佳加筋率分别为1.0%和0.8%,且相对于素土,抗变形能力有所提高;当垂直压力为50 k Pa时,直剪试验的应力-应变曲线呈应变软化状态;当垂直压力为100,150和200 k Pa时,应力-应变曲线呈应变硬化状态;直剪试验中,聚乙烯醇纤维掺入上海黏土对黏聚力影响较大,对内摩擦角几乎没有影响。     

筋材-砂-黏土层状体系接触面剪切特性试验研究

以筋材-砂-黏土层状体系为研究对象, 采用界面剪切试验, 对筋材-黏土间夹砂层后改善筋土之间相互作用效果进行试验研究。借助直接剪切试验和拉拔试验, 通过改变砂层的粒度成分(粗砂和细砂)和砂层厚度(1～3 cm), 分析该层状体系的具体影响。试验结果表明, 尽管在筋材-黏土间夹砂层可有效提高界面的抗剪强度, 但在25~75 kPa法向应力下, 砂的组构(粗砂和细砂)和砂层厚度对该体系的影响都不明显。     

花岗岩残积土-土工格栅界面的后循环剪切行为研究

花岗岩残积土在华南、东南沿海、南岳、新疆等地区广泛分布,前人的研究多集中在结构性及微观特性上,后循环加载、位移演化、土壤密度等因素对筋-土界面的剪切特性及加筋作用效果的影响评估研究较少。从循环试验剪切刚度这一重要参数入手,以加载次数、加载频率值、位移振幅值、土壤重度值为自变量,应用控制变量法,通过设计循环直剪试验,得到加筋花岗岩残积土的剪切应力与剪切位移、垂直位移与剪切位移关系曲线进行观察对比,结果表明:花岗岩残积土土工格栅界面剪切刚度受位移半振幅、土壤干重度影响很大,受加载频率影响很小,循环加载并没有弱化后循环界面剪切强度,剪切位移与位移半振幅呈负相关关系。     

加筋膨胀土边坡土工格栅的导水作用研究

通过4组湖北力特生产的BOP系列小尺寸单向格栅不同加筋方式的膨胀土三轴固结排水试验,研究了土工格栅的导水作用,并在现场试验中得到验证。研究结果表明:低围压下土工格栅的导水作用显著,且随着围压的增大,导水作用减小;加筋膨胀土中土工格栅不仅提高了土体强度,还增添了导水通道。因此,在加筋土坡设计中,要充分考虑格栅加筋后加筋土层渗流状态的变化,合理地发挥加筋土层的优势。     

竹条加筋土的大尺寸直剪试验研究

为确定竹条加筋砂土的筋土界面工作机理,进行了大尺寸直剪试验。将厚度为5 mm的竹材分别制成长度为20,40,60 mm,宽度为10 mm的竹条,并分别按0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%,1.2%的质量百分含量加入到砂土中,对加入竹条的砂土进行大尺寸直剪试验研究。结果表明:与纯砂相比,竹条加筋土的抗剪强度明显增强,峰值强度和残余强度均有所提高;竹条加筋土的黏聚力和内摩擦角均有所增加,其中黏聚力变化较大,内摩擦角变化较小;竹条加筋土的峰值抗剪强度随着竹条尺寸和竹条加筋率的增加呈现先增加后减小的规律;尺寸为10 mm×40 mm且质量百分含量为0.8%的竹条加筋砂土效果最佳。     

加筋土挡墙墙趾界面剪切刚度计算模型研究

在硬质墙面加筋土挡墙数值模拟中,墙趾界面参数的选取对模拟结果的正确性至关重要。然而,墙趾界面剪切刚度仅能通过混凝土界面剪切试验获取,其过程繁琐、周期长。开展大型剪切试验研究混凝土界面剪切刚度与界面摩擦角、正应力的关系,在此基础上提出墙趾界面剪切刚度计算模型,该计算模型的输入参数为墙高和墙趾界面摩擦角,其中墙趾界面摩擦角可通过简单的混凝土斜板试验获得。采用该计算模型为3组不同墙趾约束条件的加筋土挡墙数值模型选取了墙趾界面剪切刚度值。3组挡墙数值计算得出的筋材应变均与实测值相吻合,筋材拉力分布随墙趾约束条件的变化规律与已有的模型试验结果一致,证明了墙趾界面剪切刚度计算模型的可行性。     

粗糙度对结构物-细砂界面剪切特性的影响

下部基础与土体界面的剪切特性对于整个结构的安全施工至关重要,地基上部土层中多见砂土层,砂粒径大小和结构物表面粗糙程度会影响下部基础的受力特性,对于研究砂土层下部基础的侧摩阻力具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行粒组为0.075~0.150 mm,0.150~0.300 mm的砂与人造粗糙混凝土板、钢板的界面剪切试验,研究不同砂粒组、不同粗糙度、不同法向应力下的钢-砂和混凝土-砂界面抗剪强度和界面剪切强度指标。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系可用双曲线模型描述,试验峰值剪切应力与模型峰值剪切应力的比值为0.85~0.95;峰值剪切应力随法向应力和粗糙度的增大而增加,粒组Ⅰ的较粒组Ⅱ略大,混凝土-砂界面峰值剪切应力较钢-砂界面的大;对于未刻纹路的结构物-砂界面剪切面为一移动的水平面,刻有纹路的结构物-砂界面剪切面由间断的水平剪切面和动态曲形剪切面构成;界面摩擦角随粗糙度增大而增加,粒组Ⅰ的抗剪强度指标较粒组Ⅱ略大,钢-砂界面摩擦角集中在23°~28°,混凝土-砂界面摩擦角集中在25°~31°。研究成果可为砂土层桩侧摩阻力估计和数值模拟提供参考。     

土工织物加筋尾矿砂界面力学特性试验研究

为研究土工织物加筋尾矿砂界面力学特性,在不同的尾矿砂含水率、试验拉拔速率和竖向压强下开展一系列土工布及土工格栅的拉拔试验。比较相同条件下的土工格栅与土工布拉拔试验结果可知:土工布对细粒尾矿砂的加筋效果优于土工格栅的加筋效果,竖向压强较大时两者的拉拔力峰值差值增大;随尾矿砂含水率增加,界面剪应力峰值明显减小,界面剪应力峰值在含水率1.2%时比含水率8.4%时增加50%以上,表观黏聚力先增加后减小,在最优含水率附近时达到最大,界面摩擦角先快速减小后缓慢减小;随试验拉拔速率增加,界面剪应力峰值缓慢增加,表观黏聚力先增加后减小,界面摩擦角先减小后增加;各工况下剪应力峰值均随竖向压强的增大而增大。研究结果可为土工织物加筋尾矿坝工程设计提供参考。