土工格栅与土体界面摩擦特性试验研究

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1、第23卷第2期石家庄铁道大学学报(自然科学版)v。1．23No．22010年8月JOURNALOFSHIJIAZHUANGTIEDAOUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)Aug．2010土工格栅与土体界面摩擦特性试验研究杨广庆。隋传毅(1．石家庄铁道大学土木工程学院，河北石家庄050043；2．河北省交通安全与控制重点实验室，河北石家庄050043；3．西南交通大学土木工程学院，四川成都610032)摘要：土工格栅与土体界面摩擦特性指标是加筋土结构设计的关键。基于分析土工格栅与土体的界面摩擦形式，进行了一系列室内筋

2、土界面拉拔试验和直剪摩擦试验，测试了两种试验务件的界面摩擦特性。试验结果表明：土工格栅与砂砾料接触面抗剪强度较高，而与粘土接触面抗剪强度很低。剪切速率对两种试验方法测得的界面摩擦特性指标有不同的影响。随着法向应力的增加或剪切速率的降低，筋土界面剪应力力峰值以及其对应的剪切位移增大。土工格栅的横肋对筋土界面特性具有重要贡献。随着填料压实度的提高，土工格栅加筋效果越明显。关键词：土工格栅；界面特性；直剪试验；拉拔试验中图分类号：TU411；TU472文献标识码：A文章编号：2095-0373(2010)02—0046—070引言在我国

3、大规模的经济建设中，铁路、公路、机场、水利、市政和建筑各行业都会涉及到加筋土挡墙、加筋土边坡和加筋垫层等加筋土结构。当土工格栅埋置于土中后，其与周围土体构成复合的结构体系，该体系在自重和外荷载作用下会产生变形，同时在筋土界面产生相互作用，如图1所示¨。由此可见，土工格栅的拉伸性能以及筋土界面作用特性对加筋土结构的稳定性具有重要贡献J。土工格栅与土体相互作用所形成的摩擦力可分为三部分：一是土工格栅表面和土体之问的摩擦力，二是土颗粒与土工格栅横肋之问的端承力(被动阻力)，三是土工格栅网孔内土体与网孔外土体之间的表面摩擦力，如图2所示。

4、其中，第一部分摩擦力是与其它平面条带型拉筋相同的地方，而第二部分和第三部分摩擦力则是区别于其它条带式拉筋材料之处，也是土工格栅作为加筋材料优越性的体现。从筋土的相对位移方式可以看出，拉筋与土的相互作用型式主要表现为直接剪切摩擦与拉拔摩擦两种。土工格栅与土体的直剪摩擦特性主要用于研究筋土界面的相互作用机理、筋土界面的抗剪强度指标以及筋土界面上的局部剪应力和剪应变的关系。拉拔摩擦特性是以确定合理的锚固段长度及稳定性分析为目的，进行筋土界面相互作用机理、筋土界面的摩擦系数以及筋土界面剪应力和筋土相对位移的变化规律研究。筋土界面摩擦特性除

5、了与试验方法、加载方式、试验箱侧壁边界效应和尺寸效应、填料厚度、压实度以及筋材夹持状况等有关外J，还与填料类型、含水量等密切相关。。以土工格栅加筋土结构工程实际为依托1。，以结构采用的土工格栅和填料类型(砂砾料、细粒土)为试验材料，对不同强度的土工格栅，在不同的试验速率和不同的压实度填料中的界面摩擦特性进行了系统研究。1土工格栅与土体界面摩擦特性研究方法I．1试验装置考虑到填料的尺寸效应，土工格栅与砂砾料的界面拉拔摩擦特性试验在清华大学岩土工程研究所研收稿日期：2010—05—24．作者简介：杨广庆，男，1971年出生，博士，教授

6、。从事岩土工程稳定性与变形控制以及土工合成材料应用等方面的研究工作，先后主持河北省自然科学基金等科研项目30多项，成果荣获省部级科技进步二等奖2项，三等奖8项。出版专著7部，发表学术论文100多篇，SCI、EI、ISTP收录30余篇。基金项目：河北省自然科学基金资助项目(E2006000393)；河北省交通运输厅资助项目(Y-040217，T-070255)。第2期杨广庆等：土工格栅与土体界面摩擦特性试验研究47图1筋土界面作用形式土工格栅与士之间的表面摩擦力——相对位移方向■-———·—●-—————●■-————●■———●■

7、土颗粒与格栅横肋之间的端承力

8、格栅孔内土与孔外土之间的表面摩擦力／相对位移方向—--—耄—·-薹—·—-萎—图2土工格栅与土之间的相互作用制的TH一20tCSASSI大型土与结构接触面循环加载剪切仪上进行。拉拔试验装置内部尺寸为45cmX36cmX25cm(长x宽x高)，设备实现了加载和测量的自动化，加载按应变控制。土工格栅与细粒土的界面摩擦特性试验在数采式土工合成材料综合测定仪上进行，该仪器可以进行土工合成材料的力学特性试验和土与土工合成材料的相互作用特性试验。样本在剪切盒中的有效面积为20cmX20em。1．2试验材料土工格栅

9、与土体界面摩擦特性试验主要是依托赣(州)龙(岩)铁路土工格栅加筋土高挡墙、河北省邢(台)临(清)高速公路模块式土工格栅加筋土挡墙工程的现场试验进行的。试验所用高密度聚乙烯(HDPE)土工格栅指标如表1所示。土工格栅的具体形状、尺寸等物理特性如表2和