拉拔速率对土工格栅-砾性土界面摩擦特性的影响分析.docx

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拉拔速率对土工格栅-砾性土界面摩擦特性的影响分析

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祁航翔王家全林志南唐滢

摘?要：为研究土工格栅与砾性土的界面特性，通过室内拉拔试验研究了拉拔速率、法向应力对界面参数的影响，分析了拉拔力峰值、界面摩擦参数及界面摩擦系数比的变化规律.试验结果表明：不同拉拔速率下的拉拔力与拉拔位移曲线均呈现出应变软化特征，且随着拉拔速率的增大，相同法向应力下拉拔力峰值对应的拉拔位移基本相同;随着法向应力的增大，相同拉拔速率下拉拔力峰值对应的拉拔位移逐渐增大;土工格栅-砾性土界面的似摩擦角在拉拔速率（v≤0.9mm/min）下变化较小，随着拉拔速率的进一步增加，界面的似摩擦角略有提升，且随着拉拔速率的增加，存在一个临界拉拔速率（v=0.9mm/min），此时土工格栅-砾性土界面的似黏聚力达到最大，为最小界面似黏聚力的1.9倍左右;界面摩擦系数比K随着拉拔速率的增加呈现出先增后减的趋势，拉拔速率在0.3～4.5mm/min时，K的变化范围为1.29～1.58;从偏安全角度考虑，实际加筋土工程设计中应选择低速率试验工况下的界面摩擦系数比.

关键词：砾性土;土工格栅;界面特性;拉拔速率;应变软化

：TU47???????????DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2021.02.003

0???引言

礫性土作为一种重要的工程材料，在自然界分布广泛且储存量大，具有压实性好、透水性强、抗剪强度高、承载力高等特点，被广泛运用于土石坝、铁路路基、桥梁墩台以及处理软弱地基的砂石垫层等工程中[1].

在筋土结构中，筋土界面特性直接影响加筋土结构的内部稳定性、筋材拉力发挥以及结构极限破坏型式，是筋土结构设计、变形及稳定分析最为关键的技术指标，目前研究筋土界面特性主要是通过试验的方法进行研究[2-4]，主要通过室内直剪试验和拉拔试验进行分析.谢宝琎等[5]为研究不同含水率下尾矿与土工格栅的界面特性进行了室内拉拔试验，在界限含水率下的界面似黏聚力最大，似摩擦角最小.靳静等[6]利用室内拉拔试验研究不同横肋间距单向拉伸土工格栅的筋土界面作用特性，发现当横肋间距较小时，拉拔曲线呈现出应变硬化特征，在横肋间距增大的过程中，拉拔曲线由应变硬化向应变软化转变.王家全等[7-8]通过直剪试验研究了素粗粒土和加筋粗粒土界面特性，发现加筋粗粒土相对于素粗粒土内聚力有所增加，内摩擦角有所降低.徐超等[9]采用室内拉拔试验研究土工格栅与砂土相互作用机制以及格栅几何特征对拉拔阻力的影响，认为横肋和纵肋的减小不仅造成拉拔阻力的减小，而且也会降低格栅的拉伸模量、网格刚度和抗拉摩阻力，最终导致筋土相互作用的机制发生改变.杨敏等[10]以土工布作为筋材，进行了黄土加筋土的直剪试验和拉拔试验，分析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.以上学者研究筋土界面特性采用的拉拔速率或剪切速率比较单一，而不同拉拔速率下的加筋土结构的稳定性也有所差异，因此，有必要研究不同拉拔速率下的筋土界面特性.

目前，有一些学者研究了拉拔速率对筋土界面参数的影响.史旦达等[11]利用拉拔试验研究了拉拔速率对黏性土与单向土工格栅拉拔结果的影响，试验结果显示拉拔阻力峰值随着拉拔速率增加而增大;而对于砂土与双向土工格栅界面作用特性，随着拉拔速率增加，界面剪应力略微下降，但规律性不强.易富等[12]分析了3种拉拔速率下的土工格栅与碎石土填料的界面摩擦特性，在法向应力一定时，最大拉拔力随着拉拔速率的增加而增大.张利阳等[13]研究了拉拔速率对尾矿与土工布界面特性的影响，在法向应力一定时，界面剪应力峰值随着拉拔速率的增加略有增加，而界面似黏聚力呈现先增后减的趋势，界面摩擦角先略微减小后快速增加.易富等[14]通过拉拔试验研究尾矿与土工格栅在3种不同拉拔速率下的界面特性，试验结果发现界面似摩擦角随着拉拔速率的增加逐渐变大，而似黏聚力先缓慢减小后迅速增大.Lopes等[15]通过开展砂土与土工格栅的拉拔试验，结果表明拉拔阻力随着拉拔速率的增加而增大.

综上所述，以上学者研究拉拔速率对筋土界面摩擦特性的影响，所选的拉拔速率变化范围较小，很难准确反映筋土界面的真实情况，且对砾性土与土工格栅筋土界面的研究较少.基于此，本文以砾性土为试验填料，探讨了拉拔速率、法向应力对土工格栅-砾性土界面拉拔摩擦特性的影响，得到了一些有益的结论，可为土工格栅加筋土工程建设提供参考.

1???试验准备

1.1??试验设备

试验设备采用TZY-1型土工合成材料综合测定仪，该仪器由南京土壤仪器厂有限公司生产.水平荷载采用应变控制加荷方式，由步进电机驱动变速箱均匀施加，最大拉力为10kN;拉拔速率有12种档位可供选择，速率范围为0.04～13.00mm/min.法向荷载采用高精度调