土工格柵加筋粗粒土的靜力本構(gòu)模型研究

劉德順　陳永杰

【摘 要】基于分析加筋前后粗粒土的靜力大三軸試驗結(jié)果，研究了加筋前后粗粒土試樣強度的變化規(guī)律，得出以下結(jié)論：加筋能有效地提高粗粒土的強度，隨著軸向應(yīng)變增大，加筋作用越明顯，鄧肯—張模型能夠較好地模擬加筋前后粗粒土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，加筋后粗粒土的峰值強度和c值有較大提高，但φ值提高幅度較小。加筋后粗粒土的K和n值均降低了。

【關(guān)鍵詞】土工格柵；加筋；本構(gòu)模型

中圖分類號： TU44 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號： 2095-2457（2017）29-0108-002

【Abstract】Analysis of reinforced and coarse grained soil static triaxial test results based on the variation of coarse grained soil specimen strength before and after reinforcement， draws the following conclusion： reinforcement can effectively improve the strength of the coarse grained soil， with the increase of axial strain， the reinforcement effect is more obvious， the Duncan Chang model can better simulation of the reinforced coarse grained soil stress-strain relationship， reinforced after the peak strength of coarse grained soil and C value increased， but the value was improved significantly. The K and n values of the coarse-grained soil after reinforcement are all decreased.

【Key words】Geogrid； Reinforcement； Constitutive model

加筋土技術(shù)是在土中水平鋪設(shè)筋材，使筋材與土體形成一種復(fù)合體，利用筋材抗拉和抗剪強度較高的優(yōu)點，提高土體的強度和限制土體的側(cè)向變形，從而增強土坡的穩(wěn)定性[1-3]。

利用靜三軸試驗可研究靜力荷載下加筋對土體的加固效果，獲取加筋土復(fù)合體的靜力本構(gòu)模型的參數(shù)[4-7]。關(guān)于加筋粗粒土的研究成果較多，如黃仙枝等[8]進行了4組不同圍壓、不同加筋層數(shù)的土工帶加筋碎石土大型三軸試驗，分析了加筋帶對碎石土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及強度的影響，研究表明加筋后試樣的破壞強度和破壞應(yīng)變均得到提高。徐望國等[9]進行加筋強風(fēng)化軟巖粗粒土固結(jié)不排水和固結(jié)排水大三軸試驗，研究表明加筋效果隨著加筋層數(shù)的增加均有不同程度的提高，加筋前后填料的內(nèi)摩擦角基本不變，填料的黏聚力增大。

鄧肯-張模型由于其簡單、參數(shù)易獲取等優(yōu)點，已成為應(yīng)用最為廣泛的土體非線性靜力本構(gòu)模型之一[10-11]，該模型能較好地模擬粗粒土的三軸試驗結(jié)果，但是否能較好地模擬加筋粗粒土的三軸試驗結(jié)果，缺少深入地研究。本文基于加筋粗粒土的大三軸試驗結(jié)果，對比分析加筋前后粗粒土的應(yīng)力應(yīng)變特性和強度變化規(guī)律，研究鄧肯-張模型模擬加筋粗粒土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的效果。

1 鄧肯—張模型

2 加筋粗粒土的大三軸試驗研究

圖1為文獻[12]中加筋粗粒土的靜三軸試驗曲線，試樣尺寸均為φ300mm×700mm，加筋材料為聚乙烯鋼塑塑料土工格柵，粗粒土選用堆石料。對該圖進行分析可知加筋能有效地提高粗粒土的抗剪強度，隨著軸向應(yīng)變和圍壓的增大，加筋作用越明顯。

根據(jù)該試驗曲線獲得鄧肯模型參數(shù)的步驟如下：

（1）根據(jù)（σ1-σ3）max和σ3作各摩爾圓，得到參數(shù)c和φ，如表1所示。

（2）繪制ε1/（σ1-σ3）～ε1關(guān)系曲線，取應(yīng)力水平70%～95%應(yīng)力水平試驗點獲得a，b值。

（3）利用a值點繪lg（Ei/pa）～lg（σ3/pa）關(guān)系曲線，得到參數(shù)K和n。

（4）利用b值和表1中（σ1-σ3）max得到參數(shù)Rf。

整理得到鄧肯模型的5個強度參數(shù)，如表2所示。分析該表可知粗粒土加筋后c值有較大提高，但φ值提高幅度較小，加筋后粗粒土的K和n值均降低了。對比試驗曲線與鄧肯模型得到的曲線，如圖2和圖3所示，發(fā)現(xiàn)兩者在應(yīng)變?yōu)?～0.1范圍內(nèi)的吻合度較好，應(yīng)變超過0.1后吻合度較差，說明兩者在低圍壓下的吻合度高于在高圍壓下的。模型曲線能較好地反映—試驗曲線的“硬化過程”，說明鄧肯模型可作為加筋粗粒土的靜力本構(gòu)模型。

3 結(jié)論

（1）分析加筋前后堆石料的靜力大三軸試驗結(jié)果，可知加筋能有效地提高粗粒土的抗剪強度，隨著軸向應(yīng)變和圍壓的增大，加筋作用越明顯。

（2）鄧肯模型可作為加筋粗粒土的靜力本構(gòu)模型。粗粒土加筋后c值有較大提高，但φ值提高幅度較小，加筋后粗粒土的K和n值均降低了。對比試驗曲線與鄧肯模型得到的曲線，發(fā)現(xiàn)兩者在低圍壓下的吻合度高于在高圍壓下的，模型曲線能較好地反映—試驗曲線的“硬化過程”。

（3）試驗中的圍壓設(shè)置過小，在后續(xù)的研究工作中可開展高圍壓下的加筋粗粒土的大三軸試驗，并對試驗結(jié)果利用鄧肯模型進行模擬。

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