土工格栅加筋砂土三轴试验离散元细观分析.pdfVIP

水 利 学 报 2017年4月 SHUILI XUEBAO 第48卷 第4期 文章编号：0559-9350（2017）04-0426-10 土工格栅加筋砂土三轴试验离散元细观分析 王家全，张亮亮，陈亚菁，施春虎 （广西科技大学 土木建筑工程学院，广西 柳州 545006） 摘要：以室内单层加筋三轴试验结果为基础，建立离散元PFC3D三轴试验数值模型，并与室内三轴试验结果进 行验证对比，分析加筋层数变化对抗剪强度指标及细观参数的影响，探讨加筋土接触力的变化规律及筋材加筋作 用的宏细观机理。研究结果表明：加筋三轴试样的峰值强度、黏聚力和内摩擦角随着加筋层数的增加而增大，但 是其增幅会逐渐减弱，并且三轴试样在低围压条件下的加筋效果比高围压时要显著。三轴试样颗粒滑动比的数值 随着轴向应变的增加发生了显著的起伏变化，反映三轴试验过程中发生了明显的接触滑移和旋转现象。由于筋材 的摩擦嵌固约束作用，加筋试样中部区域的孔隙率和滑动比数值相对波动较小，对应中部外侧周围的接触力明显 小于纯砂三轴试验情况，加筋材料发挥了扩散应力增强约束砂土的加筋作用。 关键词：三轴试验；离散元方法；土工合成材料；界面作用 中图分类号：TU43 文献标识码：A doi ：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 土体与土工合成材料界面作用性能决定着加筋土结构的稳定性和有效性，因此一直是加筋技术 领域的研究热点之一。当前用于测定加筋材料和填料之间界面作用特性的试验方法有直剪试验、拉 拔试验和三轴试验，其中三轴试验一直是研究土体力学特性的有效手段，国内外许多学者利用三轴 ［1］ 压缩试验研究了土工合成材料加筋砂土的作用机理，提出了“等效围压原理”和“准黏聚力原理” 。总 结文献可知国内外研究者采用常规试验手段丰富了筋土界面相互作用过程的应力应变等宏观力学响 ［2］ 应研究，但对加筋土内部相互作用细观机理涉及较少。王家全等 研究了循环荷载下土工格栅与砂土 ［3］ 界面剪切的筋土受力特性，吴景海 通过三轴试验比较了6种不同的土工合成材料对砂土的加筋效 ［4］ 果。实际上，不少学者对比研究了有无筋材的三轴试验工况，如Khedkar等 通过三轴试验对比了3 种围压下纯砂、单层加筋和双层加筋土的应力应变曲线，同时选择6种不同高度的加筋材料，比较后发 ［5］ 现加筋效果随加筋材料高度的增加而增强。此外，土工合成材料的平面加筋作用研究成果较为众多 ， ［6］ 但三维立体加筋的概念和方法近年来引起不少学者关注，如张孟喜等 提出三维加筋方法，以砂土为 填料，使用镀锌铁皮和橡胶板两种筋材设置单层立体加筋，通过室内三轴试验对比了立体加筋和普 通加筋的差异，研究了不同立体加筋方式和加筋材料对强度和应力应变关系的影响。国内外研究者 ［7］ 开展加筋土三轴试验研究，不仅分析围压大小对素土与加筋土的抗剪强度指标的影响规律 ，同时还 ［8］ 在不断改进三轴试验的辅助分析技术，如刘文白等 通过图像处理技术研究加筋中砂试样在三轴试验