加筋方式对加筋黄土强度特性影响的试验研究

加筋方式对加筋黄土强度特性影响的试验研究

王瑜;王虎子

【期刊名称】《内江科技》

【年(卷),期】2017(038)007

【总页数】2页(P65-66)

【作者】王瑜;王虎子

【作者单位】四川省蜀通岩土工程公司;四川省蜀通岩土工程公司

【正文语种】中文

通过三轴压缩试验方法，研究了土工合成材料加筋黄土在不固结不排水条件下的应力应变关系及强度特征，探讨了在不同加筋方式，主要是不同加筋层数的加筋机理。实验结果表明，通过加筋的途径可以提高黄土的强度，且加筋黄土的强度随加筋层数增多而提高，但呈非线性关系。

通过三轴压缩试验方法，研究了土工合成材料加筋黄土在不固结不排水条件下的应力应变关系及强度特征，探讨了在不同加筋方式，主要是不同加筋层数的加筋机理。实验结果表明，通过加筋的途径可以提高黄土的强度，且加筋黄土的强度随加筋层数增多而提高，但呈非线性关系。

加筋土就是在土体内部埋设抗拉强度较高的材料，使筋材的抗拉强度和土体的抗

w压强度结合起来，从而提高土体的整体强度，加强土体的稳定性的一种土工复

合体。

试验表明土加筋后所形成的复合体的力学性能和稳定性比未加筋前有所改善和提高。为了弄清其中的原因维达尔等人分别进行了三轴试验和现场试验测试，提出了摩擦

加筋原理、准粘聚力原理或似粘聚力原理两种原理。

1.1 试样制备

试验所用土样取自西北大学校内，经试验，土的物理力学性质指标见表1。试验试样为扰动土，控制干密度为1.69g/m3，粉土。

试样制备方法：把土样过2mm的筛孔，按要求的干密度称取所需的过筛土样，按最优含水率的要求制备土样，并充分拌均匀，装入容器内盖紧，润湿一昼夜备用。以试验要求的密度，将一定质量的土按照加筋层数分成质量相等的几份，分层夯实。每层击实至要求的高度后，将表面刨毛，然后再填第二层土料。如此进行，直至击完最后一层。筋材剪成直径为3.91cm的圆形，分别水平放置在相应的加筋位置。

1.2 试验方案

未加筋土即位0层，加筋体加筋层数分别为1、2、3、4、5层，均为水平方向等间距加筋。试验所用加筋材料有两种，窗纱厚度约为0.22mm，网眼规格

2mm×2mm。筛网厚约0.8mm。对击实后的试样施加围压，进行剪切，剪切速

率为0.368mm/min，测记轴向变形和量力环表。为了减小误差，每组取4个相

同的试样施加周围压力分别为50 kPa、100 kPa、200 kPa、300 kPa，总计44

个试样。试验采用不固结不排水的方式分级加载测试。

2.1 主应力差-轴向应变曲线（见图1、图2）

（1）可以看出，在轴向应变相同的情况下，筋材层数越多其所承受的轴压越大。这种现象可以用下面的观点解释，在土中随着筋材层数的增多，塑性点分布面积逐渐增大，土体中更多的部分进一步参与分担承受轴压。因而在土中同样轴向应变的情况下筋材层数越多其所承受的轴压越大，而筋材的作用主要体现在使土的应力状态发生重新分布，让更多的土体参与受力，直到产生整体的塑性破坏而不至于土体因局部破坏而破坏。

（2）两种不同筋材均有以下共同现象：在轴向应变较小时，不同加筋层数加筋土

的应力-应变曲线相互接近，随着轴向应变的增加，各曲线的差别才逐渐增大，在图中表现为开始紧促，最后分散的形状。这说明土工合成材料的加筋作用只有当达到一定的轴向应变时才发挥出来。

（3）加筋材料为窗纱时，从加筋土的应力-应变曲线可以看出，在不同围压下，主应力差略呈现出一峰值，表现为软化型。而加筋材料为筛网的情况下，加筋土的应力-应变曲线在不同围压下，随着轴向应变的增加，主应力差之值不断增加，无应力峰值，表现为硬化型。

2.2 加筋黄土的加筋效果评价

为评价土工合成材料对加筋土的影响，引人加筋效果系数Rσ：

式中-强度加筋系数；-加筋土破坏时的主应力差；-相同素土破坏时的主应力差。通过表2可以得出以下结论。

（1）在不同周围压力下，两种不同土工合成材料在五种不同加筋层数情况下的强度加筋系数均大于1.0，说明加筋可以提高土体的强度。在同一围压下，随着加筋层数的增多，强度加筋系数也逐渐变大，但呈非线性关系。

（2）筋材为窗纱时，强度加筋系数的范围是1.18～2.28，平均值为1.57；筋材为筛网时，强度加筋系数的范围是1.20～2.51，平均值为1.90。可以表明对于此种黄土而言，筋材为筛网时，加筋效果相对较好。

（3）从大部分数据看来，在筋材和加筋层数相同时，随着围压的增大，强度加筋系数大概的变化趋势是越来越小，即在低围压下加筋效果明显。主要是因为加筋材料的“缩短”以及加筋材料所提供的附加围压在总的小主应力中所占的百分比不同造成的。

2.3 加筋黄土破坏形态

在三轴试验中发现加筋黄土的破坏形式有两种，形成若干贯穿试样的剪切带而破坏和侧向变形过大而破坏，并且剪切带的形成和侧向膨胀的发展往往是同时进行的。

其中，侧向膨胀变形的形状如图3所示。

试验结果表明加筋可以提高黄土的强度，增大其破坏时的变形，根据图3所示的破坏形态，其加筋机理可以用等效围压的概念来解释。在施加围压和轴压不大的时候，土样的侧向变形不大，筋材发挥的作用也很小。可是，随着土样侧向变形的逐步增大，筋材则逐渐发挥了其限制土样侧向变形的作用。这种作用就相当于给土样另外施加了围压，土样在三轴压缩剪切试验过程中加筋土样与不加筋土样在相同的围压作用下加筋土样的应力-应变曲线比不加筋土样高、破坏主应力差大、加筋土样抗剪强度增大的效果相当于提高了作用于试样的围压。

此外，还可以观察到，无论加筋与否，当轴向应力达到峰值时，土样开始出现剪切面，夹角都可以用表示，部分裂缝表现得很明显，如图4所示。

将试验后的土样筋材还保持有较好的强度，不论土样发生哪种形式的破坏，土样中的筋材却既可以阻止剪切带的进一步发展，又能限制土样的侧向变形。因此，筋材必然可以提高土的力学性能。

（1）在三轴不固结不排水条件下，加筋黄土的强度随加筋层数的增加而增加，但并非呈线性关系。

（2）在低应变下，加筋土较素土的力学性能提高幅度较小；随着应变增大，加筋土体的力学性能提高显著。因此，加筋材料适合布置在大应变区。

（3）由加筋效果系数与围压的关系可见，在低围压下加筋效果系数较大，加筋效果明显。

（4）土样的破坏是贯穿其内部的的剪切带和侧向变形过大共同作用的结果，表现出侧向膨胀和的剪切破坏面夹角。

本文仅是将处于最优含水率时的土样作为研究对象，得出一些结论，而其他含水率下这些结论成立与否，则需要进一步论证。