土工格栅加筋黏土抗剪强度三轴试验.pdf

第6 3 卷第2 期 2011 年5 月 有色金属 N o n f e r m u sM e t a l s V 0 1 ．6 3 ．N o ．2 M a v2 01l D o I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s Ⅱ．1 0 0 l 0 2 1 1 ．2 0 1 1 ．0 2 ．0 6 l 土工格栅加筋黏土抗剪强度三轴试验 韩志型，王宁 西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳6 2 10 10 摘要通过土体i 轴受压条件下的尤侧向静I } 土压力系数和摩尔一库仑定理，将加筋黏土体在i 轴受压条件下的总体抗剪 强度分为加筋土体发生侧向变形前的强度和与土工格栅密切相关的土体发乍侧向变形后的强度两部分进行研究。在不同含水量 下加筋黏土的鼍轴试验及其所得相关数据分析的基础上，提出利用加筋土体发生侧向变形后的抗剪强度与极限抗剪强度的比值 P 随加筋层数的变化情况作为评价加筋效果的重要指标。试验结果表明．当黏土在最优含水量状态下时。其加筋效果最为显著。 关键词七木工程；土工格栅；加筋黏土；侧压力系数 中图分类号T u 4 7 2 ．3 4 文献标识码A文章编号l o o l 0 2 l l 2 0 1 1 0 2 一0 2 5 2 0 4 加筋土是由水平加筋件与填土交替铺设而形成 的一种复合体，而加筋挡土墙则是加筋土技术实际 应用的产物，是一种新型支挡结构形式，其特点在于 用面板、加筋材料和填料形成“墙体”，与传统的重 力式挡土墙相比，加筋土挡土墙有结构新颖、施工技 术简单、适应性强、工程造价低廉、材料要求低、施工 速度快、工期短、对地基下沉有较强的适应性、抗震 性能好等优点，基于以上优点，该类结构形式已经广 泛用于公路、铁路、水利、城建、矿山等行业。据统 计，在1 9 9 5 年前我国实施采用土工织物的工程项目 就达一万余项，近年更显增长趋势。因此，随着加筋 工程的大量实施，在国内外也开展了相应的研究，土 工合成材料的生产和应用已经成为了一门新兴的边 缘学科，土工合成材料早已经引起国内外岩土工程 界人士的极大关注。针对以上情况，通过对加筋黏 土的三轴试验研究，提出了不同含水量和不同加筋 层数情况下的黏土加筋效果的评价指标。 1实验方法 试验所用土体为四川绵阳典型黏土，塑限 2 3 ％，液限4 0 ．5 ％，最优含水量为2 2 ．5 ％。土工格 栅采用加筋材料为经编土工格栅，其力学特性如表 1 所示。 表1经编土工格栅力学性能 T a b l e1 P h y s i c a la n dm e c h a n i c a lc h 啪c t e r i s t i c so fp o l y m e rg e o g r i d s 试样为圆柱形，高为1 3 ．2 7 c m ，直径为6 ．1 8 c m ， 土工格栅采用直径为6 c m 的圆形，分别以含水率为 1 7 ．5 ％、2 0 ％、2 2 ．5 ％和2 5 ％条件下的黏土进行制 样，制样时分五层填筑，分别布置O 、l 、2 层筋材，并 收稿日期2 ∞9 一l l 1 5 基金项目国家自然科学基金资助项目 1 0 ∞2 0 4 8 ；四川省自然科 学基金资助项H 2 ∞9 Y J 0 0 6 0 作者简介韩志型 1 9 6 4 一 ，女．四川遂宁市人。翻教授，主要从事 岩土工程方面的教学‘j 科研。 且严格控制格栅间距。试验仪器为T s E 一6 型应变控 制式三轴仪。试验采用固结不排水试验，剪切应变 速率为0 ．3 2 m m ／m i n ，试验围压分别选取1 0 0 、2 0 0 、 3 0 0 k P a ，以 矿．一盯， 峰值为破坏点，当无峰值时，取 轴向应变为1 5 ％时的主应力差为峰值点。 2 试验结果和分析 2 ．1 试验数据 根据数据采集系统得到不同含水量下加筋黏土 万方数据 第2 期韩志型等土工格栅加筋黏土抗剪强度三轴试验2 5 3 的抗剪强度相关数据如表2 所示，“各围压下的极与大主应力的夹角，a 4 5 。 咖／2 。 限抗剪强度下”是将加筋黏土考虑为复合材料，利用 r 1 ／2 盯．一盯， 8 i n 2 a 1 摩尔．库仑强度理论公式 1 得出，其中d 为破坏面 表2 不同含水量下加筋黏土抗剪强度参数 T a b l e2 S t r e n g t hp a r 8 m e t e ro fg e o g r i dI ℃i n f b r c e dc l a y si nd i f k r e n tw a t e rc o n t e n t 2 ．2 试验分析方法 土工格栅与土体的相互作用可分为格栅表面土 体的摩擦作用和土体对格栅横肋的被动土抗力作 用。其中摩阻力在格栅变形很小的情况下快速增 长，此后不随格栅的变形而变化，而横肋上的支承阻 力随变形增加平缓，但很快占主导地位，承担9 0 ％ 左右的侧向荷载。从以上分析可知土工格栅与土体 的相互作用绝大部分都发生在土体与格栅发生相对 侧向变形后，即土工格栅的优势是在和土体产生侧 向变形后才体现出来的，这其实就是加筋对土体强 度的增强作用存在滞后现象的原因。基于以上思 想，将加筋黏土的极限抗剪强度分为土体产生侧向 变形前的抗剪强度和土体产生侧向变形后的抗剪强 度两部分，令土体变形前的抗剪强度与极限抗剪强 度的比值的百分数为p 。，土体变形后的抗剪强度与 极限抗剪强度的比值的百分数为p 。只要得出加 筋土体发生侧向变形的临界强度，便可以得出p ， 其值在不同含水率、围压、加筋层数等条件的变化情 况可作为描述加筋效果的参数之一。 2 ．3 三轴静止侧压力系数“与加筋土体侧向变形 临界强度分析 三轴静止侧压力系数k 的是指土体在垂直应 力作用下．无侧向变形的静止土压力系数。根据测 量所得各加筋黏土试样泊松比l ，，按公式 2 求出系 数J I 。。通过公式 3 ，在围压口，为1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 k P a 的情况下得出所对应的盯，，这样便可以得出土体侧 向变形临界点的主应力差 盯。一矿， 值，再根据公式 1 求出侧向变形临界强度．r 。，其结果如表3 所示。 ∥ 1 一矽 后。 2 盯l 盯3 ／蠡o 3 根据表2 极限抗剪强度r 和表3 侧向变形临界 强度承载力r 。，可得不同含水量、加筋层数和围压 条件下的参数p ．和p ，计算结果如表4 所示。 2 ．4 各含水量下黏土加筋效果评价指标以及试验 结果分析 从表4 可知，指标p 在同一围压和含水量情况 下随加筋层数的增减变化情况基本与加筋黏土的抗 剪强度的变化情况一致，如当含水量为1 7 ．5 ％时， 加筋土体抗剪强度随指标p 的减少呈下降趋势，而 当含水鼍在2 0 ％和2 2 ．5 ％时，其抗剪强度随p 的 增加而呈上升趋势，当含水量为2 5 ％，p 的变化情 况随着加筋层数的增加呈现出不确定性，相对应的 加筋土体的抗剪强度的变化情况也随加筋层数的增 加呈现出不确定性。由此可知，土体加筋后的抗剪 强度变化情况与同等试验条件下所得指标I p 的变 化情况是基本一致的，因此，可以将p 作为评价土 体加筋效果的重要指标。 万方数据 2 5 4有色金属 第6 3 卷 表3 不同含水率加筋黏土侧向变形临界强度 T a b l e3V a l u eo f 丁。i nd i f 玷r e n tm o i s t u r ec o n t e n t 含水率／％加筋层数 泊松比而矿i 丽二五广而矿i 面●面广一 1 7 ．5OO ．5 4 68 3 ．1 51 6 6 ．32 4 9 ．4 5 3 9 ．9 97 9 ．9 81 1 9 ．9 8 2 2 ．5 2 5 ％ O ．5 3 88 5 ．8 71 7 1 ．7 5 2 5 7 ．6 24 1 ．1 38 2 ．2 61 2 3 ．4 0 0 ．5 2 98 9 ．0 41 7 8 ．0 72 6 7 ．1 l 4 2 ．1 28 4 ．2 31 2 6 ．3 5 0 ．5 9 46 8 ．3 5 1 3 6 ．72 0 5 ．0 53 3 ．1 56 6 ．3 09 9 ．4 5 O ．5 8 77 0 ．3 6 1 4 0 ．7 22 1 1 ．0 73 4 ．1 l6 8 ．2 31 0 2 ．3 4 0 ．5 8 l7 2 ．1 2 1 4 4 ．2 32 1 6 ．3 53 4 ．7 5 。6 9 ．5 01 0 4 ．2 5 0 ．6 2 l 6 1 ．0 31 2 2 ．0 61 8 3 ．0 93 0 ．0 46 0 ．0 89 0 ．1 2 0 ．6 1 26 3 ．41 2 6 ．81 9 0 ．23 0 ．9 l6 1 ．8 l9 2 ．7 2 O ．6 0 26 6 ．1 11 3 2 ．2 31 9 8 ．3 43 2 ．O l“．O l9 6 ．0 2 0 ．6 7 64 7 ．9 39 5 ．8 61 4 3 ．7 92 3 ．7 84 7 ．5 6 7 1 ．3 4 lO ．6 6 74 9 ．9 39 9 ．8 51 4 9 ．7 82 4 ．6 74 9 ．3 5 7 4 0 2 2O ．6 5 75 2 ．2 l1 0 4 ．4 l1 5 6 ．6 22 5 ．7 65 1 ．5 l 7 7 ．2 7 表4 不同含水量加筋黏土参数p 。和p 计算 T a b l e4V a l u eo fp ，a n dp ，i nd i f k r e n tw a t e rc o n t e n t 含水率，％ 围压／k P a i - 至塑笪。_ F i 生坠』塑} i _ 立业型型}P lP 2p 1 ．P 2p lp 2 1 7 ．5 1 0 02 1 ．6 27 8 ．3 8 们 2 3 ．4 77 6 ．5 3 0 92 4 ．9 l7 5 ．0 9 4 8 2 0 03 4 ．1 l6 5 ．8 9 4 l 3 4 ．9 26 5 ．0 8 4 94 0 ．4 45 9 ．5 5 6 7 3 0 04 9 ．2 85 0 ．7 2 l 5 2 ．3 34 7 ．6 75 0 ．3 74 9 ．6 3 0 8 2 0 Ol o o2 3 ．1 77 6 ．8 3 0 52 3 ．五l 7 6 ．3 92 2 ．6 87 7 ．3 2 1 7 2 0 03 7 ．7 6 6 2 ．2 3 7 53 4 ．3 26 5 ．6 7 9 l3 1 ．3 l醯．6 8 5 6 3 ∞4 8 ．4 85 1 ．5 2 4 7 4 7 ．3 35 2 ．6 7 4 24 1 ．2 l5 8 ．7 9 0 3 2 2 ．51 0 04 1 ．4 9 5 8 ．5 1 0 83 8 ．8 96 1 ．1 0 5 l3 3 ．3 96 6 ．6 0 9 6 2 ∞ 6 9 ．8 73 0 ．1 3 15 2 ．6 l4 7 ．3 8 74 5 ．2 85 4 ．7 1 7 2 3 0 0 8 2 ．8 51 7 ．1 5 2 4“．0 43 5 ．9 6 0 96 0 ．1 03 9 ．8 9 7 3 2 5 ．O 1 0 03 8 ．6 56 1 ．3 4 7 64 0 ．9 25 9 ．0 7 7 8“．2 45 5 ．7 5 6 8 2 ∞6 3 ．0 63 6 ．9 3 5 55 9 ．4 34 0 ．5 6 5 47 6 ．7 82 3 ．2 2 5 3 0 0 7 9 ．8 82 0 ．1 1 8 37 5 ．6 42 4 ．3 5 68 1 ．1 01 8 ．9 0 1 5 当含水率为2 0 ％和2 2 ．5 ％时，p 随加筋层数的 增加呈上升趋势，说明土工格栅提高了加筋土体在 发生侧向变形后的承载能力，这是因为土工格栅与 土体界面所产生的阻摩力和横肋上的支承阻力随加 筋层数的增加而增大，这种微观的效应在宏观上的 体现便是增大了加筋土体的摩擦角和提高了土体的 黏聚力。当含水率为1 7 ．5 ％时，该含水量下的黏土 有较大黏聚力，试验结果表明，黏聚力C 和p 值都 随着加筋层数的增加而减少，由此说明在该含水量 条件下增加土工格栅层数并没有达到更好的加筋效 果。当含水量为2 5 ％，即高含水量条件下时，土体C 和咖随加筋层数增加的变化不大，且p 的变化情况 呈不确定性，说明在高含水量情况下，加筋不是提高 土体抗剪强度的主要因素。 3结论 参数p 随加筋层数的增减变化趋势可作为正 确评价黏土加筋效果的重要指标。为取得良好加筋 效果，应控制土体含水量，最优含水量条件下的黏土 体加筋效果最为明显。当土体含水量超过2 5 ％时， 加筋对提高土体承载力的作用不明显。 下转第2 5 9 页，c o n d n u e do nP 2 5 9 l 2 O l 2 O 1 2 O 万方数据 第2 期李莹莹等基于贝叶斯网络的金属矿山冒顶片帮事故预测评价 2 5 9 [ 1 0 ] 周忠宝。董豆豆，周经伦．贝叶斯网络在可靠性分析中的应用[ J ] ．系统工程理论与实践．2 0 0 6 。 6 9 5 一l o o [ 1 1 ] 黄勇．大冶铜绿山矿地下开采充填采矿法系统安全性分析及评价[ D ] ．武汉武汉科技大学，2 0 0 8 3 l 一3 5 ． R o o fF a i n ga n dR i bS p a U i n gA c c i d e n t sF o r e c a s t i n ga n dE V a l u a t i n g B a s e do nB a y e s i a nN e t w o r ki nM e t a lM i n e 1 ．C o Z 妇’e 矿R e s o M r c e s 口n d 2 ．日u 6 e iK 吖k 6 0 r 口I o 叫扣r Uy i 增． ，j 增’P ，饱H ．c e 昭1 P ，工yk 严，H 叭，v C 几n 1 2 E n 封f ，口凡，n e n t 口fE ，l g i n e e r i ，培，形u ，l 口nu 厅f 秽e r s f I ，，矿S c i e 凡c e 口n d 丁．e c _ I l n o f o I g ，，耽．I l 口n4 3 0 0 8l 。 正拼c i e n t 眈f z 拓口t i o n 口n d 鳕Z o m e m t i o nD ，肼e t 。Z Z Ⅱ俘l c 肘i M m zR e s o “r c ∞，形u 口n4 3 0 0 8l ， A b s t r a c t C f n o C h i n 口1 T h ea c c i d e n t 8b yr o o ff a n i n ga n dr i b8 p a U i n gd i dag r e a td e a lo fe c o n o m i cl o s sw i t hs o m ec a 8 u a l t i e s ，w h i c h m a k eas t r o n gi m p a c to nt h en o 瑚a lp r o d u c t i o ns a f e t y ． T h e s ea c c i d e n t 8a r eu n c e r t a i n t ya n dp r o b a b i l i t i e s ，w h i c h 甜k c t e db yav a r i e t yo fc o n t r o lf a c t o r s ． C o p ew i t h t h i sp m b l e m ，af o r e c a s t i n ga n de V a l u a t i o nm o d e li su s e dt o f o I ℃c a 8 tt h ea c c i d e n t sb yI D o ff a l l i n ga n dr i b8 p a l l i n gi 8b u i l tb a s e do nt h et h e o r yo fB a y e s i a nn e t w o r ki nt h i sp a p e r ． A p p l i c a t i o n si np r a c t i c a le n g i n e e r i n gh a V es h o w nt h a tt h i sf b r e c a s t i n ga n de V 8 l u a t i o nm o d e lh a sap o w e r f h li n f b r r i n g a b i l i t y ，a n d i sa p p r o p r i a t et oj u d g ea n dI ℃a s o nt h eu n c e r t a i n t yo fk n o w l e d g ea n di n f o 咖a t i o n ．T h i sm o d e lc a n f o r e c a s tt h ep r o b a b i l i t yo fa c c i d e n t s ，a n de v a l u a t et h ei m p o r t a n c eo ft h eb a s i ce V e n t s ． I tp m v i d e sa ns c i e n t i f i cp r o o f f o rp r e v e n t i o na n ds a f e t ym a n a g e m e n to nt h ea c c i d e n t sb ym o ff a l l i n ga n dr i bs p a l l i n gi nm e t a lm i n i n g ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；r o o ff a n i n ga n dr i b8 p a U i n g ；B a y e s i a nn e t w o r k ；f o r e c a 8 t ；i m p o n a n c ed e g r e e 责任编辑张振健 上接第2 5 4 页，C o n t i n u e df r o mP 2 5 4 参考文献 [ 1 ] 赵川．塑料土工格栅加筋碎石上强度及其应力应变特性的试验研究[ D ] ．昆明云南工业大学，1 9 9 8 2 5 3 0 ． [ 2 ] 崔堂灿，刘垂远．何昌荣，等．加筋砂土三轴试验研究[ J ] ．四川水利，2 0 0 4 ，2 7 6 4 3 4 5 ． [ 3 ] 吴景海．土工合成材料加筋砂土试验研究[ J ] ．岩土工程学报，2 0 0 0 ，2 2 2 2 0 0 一2 0 4 ． T r i a x i a lT e s tR e s e a r c hO fG e o g r i d - r e i n f b r c e dC I a y H A Nz k 篝t n g 。W A N GN 讯g ’ A r c | | l i 细I M 旭口n dc 如以E 帽i n 钾r i 增．s c ．I I o D Z 。s o Ⅱt | I I 埘∞t ￡，n 沁m i I ，，矿‰J I I 加￡曙y 口n d S c 如n c e ，J I ，i 口n 弦凡g6 2 1 0 l O 。S 如 Ⅱ口n 。傩i 舳 A b s t r a c t T h m u g ht h en o n l a t e r a ls t a t i ce a r t hp r e s s u r ec o e 舔c i e n ta n dt h eC o u l o m bt h e o r e mi nt h ec o n d i t i o no f t r i a x i a l c o m p r e 8 8 i o n ，t h ew h o l ec a n 了i n gc a p a c i t yo ft h eg e o g “d - r e i n f b r c e dc l a y c a nb ed i V i d e di n t ot w op a r t s ，t h eo n e r e p r e s e n t st h ec a r r y i n gc a p a c i t yb e f 0 托t h el a t e m ld e f o r m a t i o n ，t h eo t h e rr e p 他s e n t 8t h ec a r r y i n gc a p a c i t ya f t e rt l I e l a t e r a ld e f 0 珊a t i o nw h i c hi sc 1 0 8 e l yr e l a t e dw i t ht h eg e o g r i d ． T h m u g ht h et r i a x i a lt e 8 to ft h er e i n f o r c e dc l a yi n d i f f e r e n tw a t e rr a t e ，p 2 ，t h er a t i oo ft h es h e a rc a p a c i t ya f t e rl a t e r a ld e f b m a t i o na n dt h el i m i ts h e a rc a p a c i t yi sa n i m p o n a n ti n d i c a t o rw h i c hc a nb eu s et oe V a l u a t et h e №i n f o r c i n ge f 玷c t ． T h et e s t 弛s u l t 8i n d i c a t et h a tt h eo p t i m a l 舱i n f o r c i n ge f 玷c ti s8 c h i e V e dw h e nt h ec l a yi 8 s t a t eo nt h eo p t i m a lm o i s t u mc o n t e n t ． K e y w o r d s c i v i le n g i n e e r i n g ；g e o g r i d ；弛i n f o r c e dc l a y ；c o e f f i c i e n to fl a t e m lp r e 8 s u r e 责任编辑张振健 万方数据