土工布加筋土界面摩擦特性试验研究

以延安新机场黄土高填方为依托,以工程实际使用的土工布作为筋材,采用与西安亚星土木仪器有限公司共同研制的土工合成材料试验机,进行了黄土加筋土的直剪试验和拉拔试验,测试了不同压实度条件下筋土界面间的直剪和拉拔强度以及摩擦系数。试验结果表明:1剪切位移与剪应力关系曲线为硬化型,而拉拔位移与拉应力关系曲线为软化型;2土工布与黄土的界面强度在直剪和拉拔条件下均符合莫尔库仑强度理论,土工布与黄土间具有较好的摩擦特性,但相同条件下直剪摩擦系数大于拉拔摩擦系数;3剪切条件下筋土界面强度参数对压实度不敏感,而拉拔条件下压实度对界面粘聚力影响显著。     

不同土工合成材料加筋土界面的静动力直剪特性

为研究不同加筋材料对筋-土界面在静力、动力作用下的剪切特性的影响, 采用大型直剪仪对土工编织布、土工无纺布、土工膜加筋的加筋土界面进行了一系列单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验, 并将单调直剪试验与循环后单调直剪试验的结果进行对比分析. 结果表明：单调直剪试验中, 界面剪应力-剪切位移关系由于加筋筋材力学特性与结构特征不同, 呈现出较大差别, 其中筋材在较大竖向应力的剪切过程中容易发生变形; 在循环剪切过程中, 土工编织布、土工无纺布界面抗剪强度发生了软化现象, 而土工膜界面抗剪强度则发生了硬化现象.     

双向和三向土工格栅筋土界面特性对比试验研究

以双向土工格栅SS20和三向土工格栅TX160为对象,通过开展室内直剪试验和拉拔试验,并对拉拔试验中土工格栅试样4个断面的位移进行量测,研究了SS20和TX160的变形及筋土界面特性,对比分析了SS20和TX160方案的筋土界面剪应力发挥过程和作用机制、土工格栅变形、筋土界面剪胀(缩)特性和强度参数,同时探讨了试验方法对试验结果的影响.研究结果表明:拉拔试验中,TX160的筋土相互作用集中在拉拔端附近,而SS20沿试样全长均能较好地发挥其作用;相比于SS20,增大竖向压力可以更好地增强TX160与周围填料颗粒的相互作用;SS20方案的峰值摩擦角和残余摩擦角均大于TX160方案,但黏聚力刚好相反;竖向压力对直剪试验和拉拔试验所得筋土界面强度参数均有明显影响,实际工程应用中应根据土工格栅的实际应力状态确定合理的试验竖向压力.     

循环前后不同颗粒粒径下sandwich形加筋土筋土界面单调直剪特性

采用3种不同颗粒粒径石英砂作为sandwich加筋土中薄砂层,使用大型直剪仪分别对不同薄砂层厚度的sandwich形加筋土进行了单调直剪、循环剪切及循环后直剪试验.试验结果表明:在单调直剪和循环后直剪过程中,不同颗粒粒径下都存在一个最优厚度,使筋土界面内剪应力最大,且颗粒粒径越大,最优薄砂层厚度越大;在循环剪切过程中,随着颗粒粒径增大,界面强度呈先增大后减小的趋势;相比单调直剪结果而言,在循环后的直剪过程中筋土界面的峰值剪应力更大,体积变更小.     

大型拉拔直剪仪剪切盒的改装

针对现有大型拉拔直剪仪剪切盒不能进行土工合成材料之间或土工合成材料和颗粒材料之间直剪试验的状况, 在现有大型拉拔剪切仪的基础上, 根据试验要求和试验影响因素, 分别对该设备的上下剪切盒进行了改装. 在下剪切盒内放置可固定土工合成材料的Ⅱ字型板架,并通过在上剪切盒内放置内置挡板或可固定土工合成材料的钢板2 种方式, 使加载方式能实现柔性承压和刚性承压. 利用改装后的设备, 对光面土工膜-砂土界面、光面土工膜-土工布界面进行了直剪试验, 试验结果与其他同类材料直剪试验结果较为吻合, 证明对该设备的改装是合理可行的. 最后, 对加肋土工膜-砂土界面、加肋土工膜-土工布界面进行了一系列直剪试验,进一步验证了该设备改装后的稳定性.     

格宾网加筋土强度和变形特性的三维离散元细观模拟

为揭示格宾网加筋土强度和变形特性的细观力学本质,利用PFC3D三维离散元计算平台的FISH语言编写数值伺服程序实现大三轴试验环境和土颗粒模型生成算法,模拟大三轴素土试样应力-应变宏观响应校正土颗粒细观参数;然后,引入平行黏结构造格宾网颗粒流模型,通过模拟其室内拉伸试验校正格宾网模型细观参数;在此基础上,建立格宾网加筋土大三轴试样的三维颗粒数值模型模拟格宾网加筋土应力-应变关系,揭示格宾网加筋土颗粒之间接触力和内部剪切位移场的渐进发展规律。研究结果表明:格宾网加筋土颗粒模型数值试验能对其力学机理做出定量和定性预测;在试样两端和两层格宾网之间,分别形成"八"字形和""形倾斜剪切带;随着试样围压增加,试样内部剪切带范围缩小;加筋层数较少时,剪切滑移带范围较大;土颗粒接触力在整个格宾网截面内分布较均匀,在两层格宾网之间集中到试样截面的中部。     

含水率和冻融循环对筋土界面剪切特性的影响

制作了一套可实现温度控制的筋土界面直剪试验设备。为了研究含水率、界面温度、冻融循环次数对筋土界面剪切特性的影响,开展11组土工格栅-砂土界面直剪试验。研究结果表明,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随含水率的增加而减小,当含水率提高时,筋土间的抗剪强度减弱。加筋可显著提高冻土的抗剪强度,当界面温度为-10℃时,土工格栅-砂土界面剪应力峰值较冻结后砂土的剪应力增加了约20%。筋土界面剪应力随着界面温度的降低而增大,当界面温度在0℃以下时,剪应力较大且剪应力-剪切位移曲线会出现峰值强度和残余强度,而在无冻结情况下,筋土界面剪应力稳定值基本相同。冻融循环后筋土界面的抗剪强度减小,筋土界面的黏聚力和摩擦角均随着冻融循环次数的增加而减小,但在4次冻融循环后趋于稳定。研究成果可为冻土地区土工格栅加筋土结构的设计和应用提供理论依据。     

堆石坝面防渗膜-垫层料界面力学特性试验研究

堆石坝面防渗土工膜与垫层料界面的力学特性关系到防渗体的抗滑稳定性以及整个大坝的安全性.采用土工合成材料界面直剪拉拔仪分别对复合膜和HDPE纯膜与无砂混凝土及聚合物透水混凝土两种垫层料、加糙PVC膜与表面复合细骨料聚合物透水混凝土的界面力学特性进行了试验研究.试验结果表明:HDPE纯膜与两种垫层界面的剪应力-剪位移关系具有不同程度的应变软化特征,界面峰值强度高于残余强度;而复合膜与两种垫层界面的剪应力-剪切位移关系无明显软化现象;复合土工膜与两种垫层界面抗剪强度高于纯膜与两种垫层界面的抗剪强度;聚合物透水混凝土和无砂混凝土与复合膜界面抗剪强度差别不大,聚合物透水混凝土界面抗剪强度略低;糙面PVC膜与表面为细骨料聚合物透水混凝土的咬合力较大.     

堆石坝面防渗膜-垫层料界面力学特性试验研究

堆石坝面防渗土工膜与垫层料界面的力学特性关系到防渗体的抗滑稳定性以及整个大坝的安全性.采用土工合成材料界面直剪拉拔仪分别对复合膜和HDPE纯膜与无砂混凝土及聚合物透水混凝土两种垫层料、加糙PVC膜与表面复合细骨料聚合物透水混凝土的界面力学特性进行了试验研究.试验结果表明：HDPE纯膜与两种垫层界面的剪应力-剪位移关系具有不同程度的应变软化特征,界面峰值强度高于残余强度;而复合膜与两种垫层界面的剪应力-剪切位移关系无明显软化现象;复合土工膜与两种垫层界面抗剪强度高于纯膜与两种垫层界面的抗剪强度;聚合物透水混凝土和无砂混凝土与复合膜界面抗剪强度差别不大,聚合物透水混凝土界面抗剪强度略低;糙面PVC膜与表面为细骨料聚合物透水混凝土的咬合力较大.     

填料粒径对经编格栅界面作用特性影响试验研究

加筋材料与填料间的界面抗剪摩擦强度特性指标在有关加筋土工程中非常关键,对加筋土工程的安全和稳定影响较大.分别选择粉土,砂土,碎石3种填料对应工程常用的细中粗3种不同粒径工程填料与经编土工格栅分别进行室内拉拔试验来研究其界面作用特性.得到了抗剪摩擦强度与法向应力的关系,填料粒径对突变范围影响,颗粒粒径对拉拔试验峰值的影响,并对相关工程设计施工监测给出一定指导建议.     

不同含水率花岗岩残积土-格栅界面剪切特性

花岗岩残积土可作为回填土应用于加筋土结构,含水率对结构的稳定性具有重要影响。以广州市增城区花岗岩残积土为研究对象,通过室内大型直剪试验,研究了不同含水率（13%、19%、25%、32%）、竖向应力（50、100、150、200kPa）对花岗岩残积土-格栅界面剪切特性曲线、抗剪强度、体变特性的影响。试验结果表明：含水率为13%、竖向应力为50kPa时,残积土-格栅界面剪应力随着剪切位移的增大先升后降,降幅较小,其余条件下剪应力随着剪切位移的增大而升高;格栅加筋能够缓解花岗岩残积土剪应力达到峰值后大幅降低的剪切软化趋势;筋土界面抗剪强度随着含水率的升高而大幅降低,界面抗剪强度系数整体上随着含水率的升高先增加后降低,含水率为19%和25%时格栅加筋的增强效果最佳;筋土界面黏聚力随着含水率的增加先增大后减小,界面内摩擦角随着含水率的升高而降低;13%、19%含水率下筋土界面在50kPa竖向应力作用下发生了剪胀,其余条件下体积应变以剪缩为主。     

蠕变作用对土工格栅加筋土界面特性影响的研究

为了研究土工格栅的蠕变特性对加筋土界面特性的影响,采用蠕变试验设备及大型直剪试验装置,以两种常用的双向土工格栅为研究对象开展加筋土界面特性试验研究,分析了蠕变作用对土工格栅加筋土的筋土界面工作性能的影响规律。试验结果表明,与纯砂相比,土工格栅加筋后试样内摩擦角变化较小、黏聚力增大,土体的抗剪强度提高;与未蠕变土工格栅加筋砂土相比,蠕变后的土工格栅黏聚力降低,且蠕变加载等级越高,黏聚力下降越多;蠕变加载等级为极限荷载的40%时,土工格栅加筋土的黏聚力下降约30%。在同样的加载等级下,初始抗拉强度较低土工格栅的蠕变变形较初始抗拉强度较高的土工格栅蠕变应变略小。     

模拟不同形态土-岩界面的直剪试验

土-岩界面具有特殊的工程地质性质,为了研究土-岩界面的剪切特性,在实验室制备了若干不同形态接触面和不同材料性质的圆盘试样,开展室内直剪试验,并对剪切破坏面的颗粒分布和接触面剪切本构模型进行分析。研究表明:接触面的应力-应变曲线呈现出弹塑性变化特点,利用指数型接触面摩擦本构模型,可以较好地反映剪切过程中接触面的应力-应变关系;剪切面颗粒在剪切过程中发生了破碎和移动,颗粒破碎所需的力大于移动所需的力,宏观上表现为抗剪强度的差异,颗粒重新分布及接触面闭合共同作用导致试样的法向变形;低法向荷载下,接触面强度低于两侧材料强度,随着法向荷载增大,接触面强度逐渐增大,其残余强度值位于两侧材料强度之间。     

吸力对非饱和高液限黏土-土工织物界面剪切特性的影响

采用ZFY-1A型非饱和土应变控制式直剪仪,对非饱和高液限黏土-土工织物界面进行控制吸力的剪切试验,探讨基质吸力对筋土界面剪切特性的影响.研究结果表明,非饱和高液限黏土-土工织物界面的抗剪强度随着净法向应力、基质吸力的增大而不断提高,剪切位移-剪应力曲线表现出轻微的应变硬化软化特性.剪切过程中有水从试样中排出,净法向应力越大,含水量变化量Δwmax越大,基质吸力越大Δwmax反而越小.界面剪胀角随着基质吸力的增加而增大,随着净法向应力的增加而减小.界面强度随着平均界面剪胀角的增加而增大.最后确定了不同吸力值下的界面强度参数及强度公式.     

考虑筋材对土体损伤的加筋土强度研究

从试样三轴剪切受力条件出发,分析了损伤土、素土和加筋土的极限应力莫尔圆的几何关系,得到了三者在强度联系上的数学表达式,讨论了加筋材料对损伤土强度的补偿效果.进行了损伤土、素土和加筋土的三轴试验,验证了以上解释的合理性,从而清晰地理解加筋土作用的机理.     

网格状带齿加筋砂垫层界面特性的细观机理分析

为了研究网格状带齿加筋砂垫层结构筋土界面的细观作用机理,利用颗粒流程序,采用内置clump方法开发了可模拟砂土性状的椭圆形颗粒,建立了筋土拉拔试验的数值模型.与室内试验结果进行对比,分析了拉拔界面剪切带的演变与荷载传递机理.结果表明:在拉拔过程中,齿筋附近出现应力集中现象;相同的拉拔位移下,带齿加筋砂垫层体中的剪切带厚度明显大于加筋黏土体中的剪切带厚度,且剪切带的形状也发生了明显改变;齿筋的贡献度随拉拔位移的不同而有所差异,且每根齿筋的贡献度也不一致.     

加筋土应用中的技术问题与研究趋势

介绍了加筋土及加筋材料的发展概况,对加筋土的界面特性、土工合成材料的工程应用、存在问题与发展前景进行了评述。以滨海盐渍土为例说明加筋材料的使用范围。在总结土与土工合成材料界面特性研究方面的试验设备．试验原理以及试验方法的基础上,讨论了加筋土技术的应用范围及特点,指出了加．筋土技术的今后研究方向及需要解决的问题。     

水泥增强法提高土工织物加筋土抗剪强度的试验研究

为了达到筋土抗剪强度同步发挥,减小含水量对粘聚力的影响,尝试一种新的加筋方法——水泥增强法。通过直剪试验得出,加入水泥后能够显著地提高加筋土抗剪强度指标,增强结构稳定性;明显提高加筋土的残余强度指标,此法更适用于边坡加筋土工程;在土样饱和的情况下,水泥层能够增大筋土之间的摩擦;通过吸水试验得出,在加筋土中加入水泥,对织物的排水性能影响不大。     

土工合成材料界面剪切破坏机理和峰值强度分析

利用大型饱和直剪仪开展了光面土工膜(GMS)/土工布(GT)界面、糙面土工膜(GMX)/GT界面和GMX/土工膨润土衬垫(GCL)界面剪切试验,并对相似材料构成的不同界面之间的剪切强度特性进行了比较分析.结合试验现象和前人研究成果,阐述了GM,GT和GCL界面剪切的破坏机理和强度特征.GM/GT和GM/GCL界面剪切强度可以分解为界面摩擦、土工布纤维在GMX糙面凸点上的勾扯效应和膨润土对界面剪切的润滑效应三部分.根据已有的国内外相关试验结果,对土工合成材料界面峰值剪切强度各组成部分进行了定量统计分析.     

生态挡土面层与格栅连接特性分离式试验研究

生态袋与加筋格栅柔性挡土结构充分利用并改良土体材料的变形和强度特性,对地基承载力要求低,对环境适应性高,在许多挡土结构工程和边坡防护工程中被广泛应用.该种工艺下生态袋与加筋的连接强度强弱成为控制生态挡土结构面层乃至整个挡土结构稳定性的关键。通过室内拉拔试验和格栅拉伸试验对它们的连接强度作分离式试验研究。研究显示：生态袋装粘土被格栅反包拉拔试验分离式研究中拉拔总强度,直剪强度,格栅拉伸强度,拉拔试验有效袋-袋界面强度,复合效应力强度均随法向应力的增大而增大;其中格栅拉伸强度,拉拔试验有效袋-袋界面强度,复合效应力强度所占总强度比重范围分别是23.2%~47.4%,19.2%~29.2%,57.6%~22.7%。拉拔试验越来越表现为加筋格栅的拉伸,甚至纵筋被拉出。