（岩土工程专业论文）hv加筋砂土强度影响因素的试验研究.pdf

i ：海人学硕l ：学位论文 原创性声明 1 t l l l tiit 1 1 1 t1 i t l l ti it lt li i i l 17 4 10 6 8 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：雌翩躲蝣廊： | o 小| f i ：海人学硕。i j 学位论义 上海大学工学硕士学位论文 h - v 加筋砂土强度影响因素 的试验研究 国家自然科学基金资助项h ( 5 0 6 7 8 1 0 0 ) 姓名： 导师： 学科专业： 魏伟 张孟喜 岩土工程 上海大学土木系 2 0 10 年1 月 i i i f ：海人学硕l ：学位论文 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt os h a n g h a iu n i v e r s i t yf o rt h ed e g r e e o fm a s t e ri ne n g i n e e r i n g t h e i n v e s t i g a t i o no ff a c t o r s i n f l u e n c i n gs t r e n g t ho fs a n d r e i n f o r c e dw i t hh o r i z o n t a l v e r t i c a l i n c l u s i o n s m d c a n d i d a t e ：w e iw e i s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gm e n g x i m a j o r ：g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g d e p t o fc i v i le n g i n e e r i n g ，s h a n g h a iu n i v e r s i t y j a n u a r y 2 0 1 0 i v ：海人学颁l j 学位论义 摘要 加筋土作为工程技术的一种已得到了广泛的应用，但是现代加筋土技术大多 数仍然停留在纯水平的加筋形式上。本文作者的导师张孟喜提出了立体加筋( h - v 加筋) 的概念，即在原有的水平加筋的基础上增加竖向筋材，在水平筋材和竖向 筋材的共同作用下，土体中形成一个土体加固区，从而大大的提高了加筋土的强 度。目前，加筋土多被用在土石坝、边坡、挡土墙这些岩土工程中，这些岩土工 程多属于平面应变状态，因此，引入平面应变试验研究加筋土更加切合实际。 h v 加筋土与传统水平筋的不同之处在于竖向筋材的存在，竖向筋材和水平 筋材的共同作用提高了加筋土的强度，本文首先进行了双层非满布h v 加筋砂 土的平面应变试验，与已有单层非满布h v 加筋砂土平面应变试验的结果进行 对比，探讨了加筋层间距对h v 加筋砂土强度的影响，根据试验结果得出随着 加筋层间距的增大，h v 加筋土强度减小的结论，这和以往传统水平筋的结论一 致；之后围绕水平筋材形式对h v 加筋土强度的影响，针对水平筋材满布和水 平筋材带孔洞四种工况进行了平面应变试验，得出水平筋和竖筋存在最佳结合形 式的结论，并且在试验的基础上，对水平筋带孔洞时h v 加筋土的加筋机理进 行了分析，认为水平筋材带孔洞一方面会削弱水平筋的强度，另一方面可以将上 部荷载传递给下部土体，使土体的整体性得以提高，竖筋之间挤密区对竖筋推力 缓慢增长，使竖筋的约束作用得以充分发挥；在试验和理论分析的基础上进行了 水平筋带孔洞的h v 加筋土的强度公式的推导，与试验结果对比，较为吻合。 关键词：h v 加筋；平面应变试验；加筋间距；水平筋形式；强度模型 v f ：海人学硕f j 学位论文 a b s t r a c t r e i n f o r c e ds o i lh a sb e e n w i d e l yu s e da so n ek i n do fg e o t e c h n o l o g y n e v e r t h e l e s sm o d e mr e i n f o r c e ds o i lt e c h n o l o g yt h e o r yh a sb e e nf a rt r a i l e dp r a c t i c ea s t h e o r e t i c a li n v e s t i g a t i o na n de n g i n e e r i n gp r a c t i c ea p p l i c a t i o nm o s t l yr e s to nt h eb a s i s o fh o r i z o n t a ls o i lr e i n f o r c e d an e w c o n c e p to fs o i lr e i n f o r c e dw i t hh o r i z o n t a l v e r t i c a l ( h - v ) r e i n f o r c i n ge l e m e n t sw a sp r o p o s e db yt h es u p e r v i s o ro ft h i sp a p e r sa u t h o r i n t h ep r o p o s e dh vr e i n f o r c e d s o i l ，b e s i d e sh o r i z o n t a lr e i n f o r c e m e n t s ，v e r t i c a l r e i n f o r c i n ge l e m e n t sa r ea l s op l a c e do nh o r i z o n t a lo n e sa ti n t e r v a l s s o i li s s t r e n g t h e n e dr e m a r k a b l yb yb o t hd i r e c t i o nc o a c t i o n r e i n f o r c e ds o i lh a sb e e nw i d e l y u s e di nm a n yg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n gw h i c ha r ea l w a y si n p l a i n s t r a i nc o n d i t i o n ， s u c ha se a r t h r o c k d a m ，s l o p e ，r e t a i n i n gw a l l ，s oi t ss u i t a b l et oa c t u a lf o ru s e p l a n s t r a i ne x p e r i m e n tt or e s e a r c ht h er e i n f o r c e ds o i l i t sd i f f e r e n tb e t w e e nh vr e i n f o r c e ds o i la n dc o n v e n t i o n a lr e i n f o r c e ds o i l i s h _ vr e i n f o r c e ds o i ln o to n l yp l a c eh o r i z o n t a lr e i n f o r c e m e n t sb u ta l s op l a c ev e r t i c a l o n e s b o t ht h eh o r i z o n t a lr e i n f o r c e m e n t sa n dv e r t i c a lo n e si m p r o v et h es t r e n g t ho f r e i n f o r c e ds o i l i nt h e a r t i c l e ，a i m e da tt h ei n f l u e n c eo fs p a c i n gb e t w e e n r e i n f o r c e m e n t so nt h es t r e n g t ho fr e i n f o r c e ds o i l as e r i o u so fp l a n es t r a i nt e s t sw e r e c a r r i e do u to ns a n dr e i n f o r c e dw i t hd o u b l e - l a y e rh vo r t h o g o n a le l e m e n t s ，t h e n c o m p a r ew i t ht h er e s u l to fs i n g l e - l a y e rh - vo r t h o g o n a le l e m e n t s ，t h er e s u l t ss h o wt h a t t h es t r e n g t ho fh vr e i n f o r c e ds o i ld e c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s eo fs p a c i n gb e t w e e n r e i n f o r c e m e n t sw h i c hu n i f o r mt h er e s u l to fc o n v e n t i o n a lr e i n f o r c e ds o i l ；a r o u n dt h e e f f e c to ft h ef o r mo fh o r i z o n t a lr e i n f o r c e m e n t so nt h es t r e n g t ho fh v r e i n f o r c e ds o i l ， a c o m p r e h e n s i v es e to fp l a n es t r a i nt e s t sw e r ec a r r i e do u to ns a n dr e i n f o r c e dw i t h h _ vr e i n f o r c e ds o i l ，t h e r ea r et w of o r m so fh o r i z o n t a lr e i n f o r c e m e n t s ：s u f f u s i o n ，w i t h h o l e s a n dt h e r ea r ef o u rc o n d i t i o n si nt h et e x t ，t h er e s u l t ss h o wt h e r ei sa o p t i m u m c o m b i n a t i o nf o r mb e t w e e nh o r i z o n t a lr e i n f o r c e m e n t sa n dv e r t i c a lo n e s b a s e do nt h e e x p e r i m e n t ，t h er e i n f o r c e m e n tm e c h a n i co fh vr e i n f o r c e d s o i l ( w i t hh o l e s ) i s v i i ：海人学硕j j 学位论文 a n a l y s i s ，i t sc o n c l u d e dw h e nt h eh o r i z o n t a le l e m e n t sw i t hh o l e s ，o no n eh a n dt h e h o l e sm a k et h es t r e n g t ho fh o r i z o n t a le l e m e n t sw e a k ，o nt h eo t h e rh a n d ，t h eu p p e r l o a dc o u l db ef o l l o w e dt h eh o l e st ot h el o w e rs o i l ，t h e nt h e i n t e g r i t yo fs o i l i s i m p r o v e d ，a n dt h ec o m p a c t i o na r e ab e t w e e nt h ev e r t i c a lr e i n f o r c e m e n t sh a sas l o w l y i n c r e a s e dt h r u s ti nv e r t i c a l r e i n f o r c e m e n t s ，t h e nt h er e s t r i c t i o ne f f e c to fv e r t i c a l r e i n f o r c e m e n t sw o u l db e f u l l yd e v e l o p e d ；t h es t r e n g t ho f h vr e i n f o r c e ds o i l ( h o r i z o n t a lr e i n f o r c e m e n tw i t hh o l e s ) i sd e r i v e da c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n ta n d t h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，t h er e s u l to fa n a l y t i c a lp r e d i c t i o na r ec o m p a r e dw i t ht h o s e o b t a i n e df r o mt h ep l a n e s t r a i nt e x t s ，i t ss h o w nt h a tt h er e s u l t so fp r e d i c t i o na r ei n g o o da g r e e m e n tw i t ht h o s eo ft h ep l a n e s t r a i nt e x t s k e yw o r d s ：h o r i z o n t a l - v e r t i c a lr e i n f o r c e m e n t ；p l a n e s t r a i nt e x t ；s p a c i n gb e t w e e n r e i n f o r c e m e n t s ；f o r mo f h o r i z o n t a li n c l u s i o n s ；s t r e n g t hm o d e l v h 上海人学硕l j 学位论文 目录 摘要v a b s t r a c t v i 目 录v i i i 第一章绪论1 1 1 加筋土简介1 1 2 加筋十的理论研究综述2 1 2 1 加筋十的强度理论研究2 1 2 2 加筋十的本构理论研究8 1 2 3 布筋方式的研究8 1 3 加筋士的试验研究综述9 1 3 1 直剪试验和拉拔试验一1 0 1 3 2 三轴试验1 1 1 3 3 平面应变试验一1 2 1 3 4 相似模型试验和离心模型试验一1 4 1 3 5 现场试验一l5 1 4 本文的主要一j ：作1 5 第二章非满布h v 加筋砂土的平面应变试验及结果分析1 7 2 1 试验设备1 7 2 2 试验材料1 9 2 3 试验过程2 0 2 4 试验方案2 2 2 5 试验结果及其分析一2 3 2 5 1 廊力应变曲线及分析2 3 2 5 2h v 加筋十强度参数的计算3 3 2 5 3 加筋层间距对强度的影响。3 5 2 5 4h v 加筋土变形破坏分析3 7 第三章水平筋形式对h v 加筋土强度的影响3 8 3 1 试验方案3 8 3 2 试验结果及其分析4 0 3 2 1 应力应变曲线分析4 0 3 2 2 水平筋材的形式对h v 加筋士强度的影响5 6 3 2 3h - v 加筋士的破坏形态6 1 第四章平面应变条件下带孔洞h v 加筋土强度理论分析。6 3 4 1 传统水平加筋土的强度分析“ v i i i i ：海人学颀l ：学位论文 4 1 1 轴对称情况卜破坏分析6 4 4 1 2 平面戍变情况。卜强度分析6 5 4 2 带洞h v 加筋十的强度公式6 8 4 2 1 水平筋材带洞时的机理分析及模型推导6 8 4 2 2 竖向筋材的机理分析6 9 4 2 3 带孔洞h v 加筋土的强度计算7 l 4 3 理论公式的试验结果验证7 2 第五章结论与展望7 7 5 1 结论7 7 5 2 展望7 8 参考文献。7 9 附录：图表与符号索引8 5 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文8 8 作者在攻读硕士学位期间所作的项目8 9 致谢9 0 i x 海人学硕l ：学位论义 1 1 加筋土简介 第一章绪论 土体具有一定的抗剪强度，而它们的抗拉强度却很低。在土内布置适当的筋 材后，可以不同程度地改善土体的强度与变形特征。加筋土就是在土中埋设抗拉 强度较高的材料而形成的一种复合体，其基本原理为土与加筋材料之间存在着似 摩擦作用，此摩擦作用限制了土体的变形，从而提高了土体的抗剪强度。 加筋土在我国古代就得到了应用，早在新石器时代，我们的祖先就利用茅草 作为土的加筋材料。汉书记载长城的修筑方法，“非皆以土跟也，或因山岩石， 木柴僵落，溪谷水门，稍稍平之”。在玉门一带，仍有用砂、砾石和红柳或芦苇 压叠而成的汉长城遗址，这种土中加筋的建筑方法在我国一直延续到现在；在水 工建筑中，当地基软弱、不能保证堤身稳定时，常在地基上铺设树木枝条以加固 地基；在道路工程中也常采用加筋土，如在黄土高原地区修筑的土桥，实际上是 一种在填筑过程中铺入姜石、草绳等的加筋路堤；在民用房屋建设中，用掺入草 筋或发丝筋料的土夯筑土墙或作磨平墙面的材料等则更为普遍。但是加筋土的概 念却是在2 0 世纪6 0 年代初由法国工程师h e n r iv i d a l 1 】提出的，他首先在试验中 发现当土中掺有纤维材料时土的抗剪强度提高很多，1 9 6 3 年他发表了加筋土研 究成果并提出了设计理论，1 9 6 5 年在比利牛斯山的普拉聂尔斯成功修建了世界 上第一座加筋土挡土墙，墙的最大高度达2 3 m ，这一实际工程的成功应用使得加 筋土引起了世界各国的重视，其工程和理论研究迅速而普遍地发展起来。 基 础 图1 1典型加筋十结构示意图 加筋土结构是由填料和筋带组成的复合体，图1 1 为典型加筋土结构示意图， l ：海人学硕l ：学位论文 其中填料多为碎石颗粒或少量的黏性土，而拉筋材料主要有四大类【2 】： 第一类是天然植物，如竹、黄麻、柳条等； 第二类是钢材，如不锈钢、镀锌铁皮等； 第三类是土工合成材料( g e o s y t h e t i c e ) ，主要包括土工带、土工格栅、土工格 室、聚丙烯、聚乙稀、尼龙、玻璃纤维等： 第四类是钢筋混凝土。 值得注意的是近年来，随着化工行业的发展，土工合成材料的种类日益繁多， 被誉为继砖石、钢铁、水泥、木材之后的第五大工程建筑材料，广泛应用于工程 建设领域。 土工合成材料在工程中的应用归结起来有七大类，即加筋、防护、过滤、排 水、隔离、防渗和减载，与其它类型的材料相比，有许多突出的优点：( 1 ) 具有 复合材料特性。( 2 ) 技术简单、施工方便。( 3 ) 适用性强、应用广泛。( 4 ) 造价低廉、 效益明显。( 5 ) 结构新颖、造型美观，抗震性好。 加筋土技术的应用经过几十年的发展，已从公路路堤、路肩发展到应用于桥 台、匝道、隧道口防护，目前己用于处理公路边坡，市政建设，港口码头、防波 堤、 岸工程、航道工程、铁道工程路基边坡，工民建配套工程，防洪堤、水库、 水闸，林区工程，工业尾矿坝、渣场、料场、货场等；甚至还用于危险品( 如石 油、氨等) 或危险建筑( 如核电站) 的围堤、围墙，军事防护工程和设施等。 1 2 加筋土的理论研究综述 自从1 9 6 5 年世界上第一座加筋土挡墙建成之后，加筋土引起了世界各国学 者的注意，有大量的学者从事加筋土的理论研究，取得了丰硕的成果，目前，针 对加筋土的理论研究大致分为三类：( 1 ) d i l 筋土的强度理论( 2 ) 加筋土的本构关系 ( 3 ) d n 筋方式的研究。下面从这三个方面进行综述。 1 2 1 加筋土的强度理论研究 土体的强度一直是土工届关注的重点，许多学者围绕这个问题进行了研究， 从不同角度提出了加筋土的强度公式，可分为复合材料强度理论、等效围压法、 土的拱效应理论，比较认可的有( 1 ) 摩擦加筋理论；( 2 ) 准粘豕力理论【3 1 ，这里介绍 2 上海大学颁，l ：学位论文 这两种方法。 1 摩擦加筋理论 图1 2 加筋土结构及受力分析 加筋土结构的典型特征是：加筋材料成层沿水平方向埋置于土体中，并且与 垂直的墙面板形成牢固的联接。其受力情况是：墙体破坏时产生主动区和稳定区， 如图1 2 所示，主动区土体的自重产生的水平推力企图将筋材从土体中拔出，而 稳定区的加筋又被稳定区土体自重压住，即稳定区的土与加筋之间的摩阻力阻止 加筋被拔出。如果主动区的水平推力被稳定区筋一土之间的摩擦力所平衡，则整 个加筋结构的内部稳定就得到保证。 根据加筋土复合体中筋一土之问的基本构造，在加筋体中取一微段进行分 析。如图1 3 所示，微元体长为d l ，拉筋左截面受力为e ，右截面受力为互，压 住拉筋的法向应力为盯，不计筋带重量和微元体土体重量。设拉筋与土粒之间的 摩擦系数为f ，b 为筋带宽度。由于土的水平推力在该微元段拉筋中所引起的拉 力为d 丁，d 丁= 互一乃。设d t 为土粒与拉筋在该微元段上产生的总摩擦力，则 d f = 2 a f a r 。 n ii | fi | i f 7 l f i f f t i i l i i i l i l l l 盟 i 图1 3 摩擦加筋原理 3 j ：海人学硕i ：学位论义 根据对该微元体的受力分析可知，如果卵 d r ，则筋土之间不会产生相互 错动，即：土的水平推力被筋土之问的摩擦力所克服，则微元体保持稳定，反之 则不能保持稳定。 根据摩擦加筋原理，若要取得很好的加筋效果，拉筋材料要满足两点：一是 表面要粗糙，能使筋一土之间产生足够的摩擦力；二是要有足够的强度和弹性模 量，前者保证在筋一土之间产生错动前拉筋不被拉出，后者保证拉筋的变形与土 体的变形大致相同。 依据以上分析可见，摩擦加筋原理概念明确、简单，但是它忽略了筋材在力 的作用下的变形，同时它也未考虑非连续介质、各向异性的特点。所以，摩擦加 筋原理对于高强度的加筋材料( 如金属条带) l k 较适用，而对低模量、变形较大的 材料其结果是近似的。 2 准粘聚力理论 加筋土结构可以看作是各向异性的复合材料，拉筋的弹性模量往往远远大于 填土。在这种情况下，拉筋与填土的共同作用，包括填土的抗剪力、填土与拉筋 的摩擦阻力及拉筋的抗拉力，使得加筋土的强度明显提高，这可从三轴试验中得 到验证。 。 将加筋砂圆柱试样与未加筋砂圆柱试样进行三轴对比试验就可发现，如果未 加筋砂土样加筋结构在吼及仃，作用下达到极限平衡，那么加筋砂土样在同样大 小的口作用下就达不到极限平衡，而是处于弹性平衡状态如图1 4 所示，这说明 加筋砂土样的强度得到提高。 c 仃1 一 玎l 仃 i 晓1 i 。 图1 4 摩尔圆表示的土的加筋作用 4 海人学硕l ：学位论义 未加筋砂土的极限平衡条件为 仃。= 仃3t a n 2 ( 4 5 。+ 等) ( 1 - 2 ) 如罨在试验中对加筋砂土仍施以仃，并保持不变，则欲使试样达到新的极限平 衡状态势必增大仃。至o r 。，。根据摩尔一库仑破坏准则，同时假定加筋前后土样的 缈值不变，于是由图可得试样处于新的极限平衡状态下的数学表达式： d 一，= c r 3t a n2 ( 4 5 。+ 詈) + 2 c r t a n ( 4 5 。+ 詈) ( 1 - 3 ) 式中o r f 加筋土样破坏时的最大主应力； 仉作用于土样侧面的最小主应力； 矽未加筋砂的内摩擦角； c ，加筋砂土样的“准黏聚力”。 将式( 1 2 ) 与( 1 3 ) 相比较，加筋砂土样多了一项由c 引起的承载力。而三轴试 验的结果表明，加筋砂和未加筋砂的强度曲线几乎完全平行，如图1 5 所示，这 说明假定矽值不变是可行的；但加筋砂土的强度曲线不通过坐标原点而与纵坐标 相截，其截距就是式( 1 3 ) 中的c ，。为此，我们可以说，加筋砂土力学性能的改善 是由于新的复合土体( 即加筋砂) 具有某种黏聚力的缘故。这种黏聚力不是砂土原 有的，而是加筋的结果。同时在试验中我们对土样施加的侧限应力也只是盯，而 不是盯，+ a o r ，a o r ，是加筋产生的，但在试验结果中却被“c ，”( 黏聚力) 代替了， 为此，我们也称这个“黏聚力”为“准黏聚力”，它反映ta n 筋砂这个复合体本身的 材料特性。 图1 5 砂的加筋效果 一库仑定律求得，见图1 4 。 ( t l f 却，+ a o 3 ) t a l l 2 ( 4 5 。+ 争 平衡状态，即 o l f = t r 3t a n2 ( 4 5 。+ 抄0 3 伽2 ( 4 5 。+ 争 ( 1 - 4 ) 式中a t r ，因加筋产生的侧限应力增量。 比较式( 1 3 ) 和( 1 - 4 ) 可得： 2 c , t a n ( 4 5 0 + 争a 口3t a n 2 ( 4 5 0 + 争 令k p = t a n 2 ( 4 5 。+ 罢) 由此得准黏聚力的表达式： c ：a t r 3 x k p( 1 5 ) c = 一 、- o ， z 上式是建立在拉筋不出现断裂或滑动的情况下得出的，同时也不考虑拉筋受 力作用后产生拉伸变形。适用于高抗拉强度和高模量的拉筋材料，如钢带、钢片 和高强度、高模量的加筋塑料带等。取三轴试验的楔形体来做进一步的分析，如 图1 6 示。 6 j ：海人学颀l ：学位论文 a o l 图1 6 加筋土楔体力学平衡图 图1 6 中彳为试样的截面积；口为破裂角，妒为土的内摩擦角， 口= 4 5 。+ 1 , o 2 ；辟为与破裂面相交的各拉筋层的水平合力， 盯】，为拉筋的极限抗 拉强度。极限静力平衡条件： 碍+ 吒彳t a n ( 4 5 。+ 争o - ，a it a n ( 4 5 1 0 m m ) ，在竖筋与水平筋交界处，每个水平筋均发生断裂破 坏；而当竖筋高度低时，水平筋只有部分发生断裂，也存在摩擦破坏，根据已有 的研究，当发生断裂破坏时，c 值有所增长，而妒值无变化；当发生摩擦破坏时， c 、够值均有所增长，这也和前面的试验数据分析一致。 3 7 i ：海人学硕十学位论文 第三章水平筋形式对h v 加筋土强度的影响 h v 加筋土与传统水平加筋土的区别在于竖向筋条的存在，h v 加筋土中存 在两种作用：水平筋条的摩擦作用和竖向筋条的侧向约束作用，正是竖筋和水平 筋的共同作用使h v 加筋土的强度较传统水平筋的强度高，水平筋和竖向筋材 的作用不是简单的叠加，两者是相辅相成的，从这个角度出发，本章主要研究水 平筋的形式对于h v 加筋土强度的影响；另一方面，近年来，土工合成材料在 加筋土工程中得到了广泛的应用，如土工膜、土工格栅等，有许多学者围绕筋材 的形式对加筋土结构的影响进行研究，h v 加筋土是一种三维加筋体系，筋材满 布的情况可模拟二维土工膜、土工布的加筋方式；筋材带孔洞的情况可模拟二维 土工格栅和土工格室的加筋方式，为和实际工程相联系，本章节采用筋材满布和 带空洞的形式来研究在h v 加筋土中筋材形式对加筋土强度的影响。 3 1 试验方案 试验的前期准备及试验过程同第二章所述，为研究水平筋形式对h v 加筋 土强度的影响，从水平筋满布和非满布两种形式出发，水平筋材形式分为四种情 况，其具体尺寸见图3 1 ( a ) ，满布时尺寸为：9 5 m mx 4 6 m m ，其它三种情况是在 满布筋的基础上打孔制成的；竖向筋条宽都为9 5 m m ，高度分别取5 m m 、l o m m 、 1 5 m m 和2 0 m m ，用聚氯乙稀将筋条粘结起来形成h v 加筋如图3 1 ( b ) 所示，h v 加筋与传统水平加筋的不同之处在于竖向筋条的存在，为充分发挥竖向筋条的作 用，考虑到竖筋过高时过早发生倾倒，当竖筋高度超过l o m m 时在竖筋两侧加上 5 m m 高的肋条。 i j 海人学硕+ i ：学位论文 注：此图孔洞尺寸为5 x l o ，其它形式尺寸为l o x l 0 和2 6 x 1 0 ，单位：m m 。 ( a ) 水平筋材尺寸图 ( b ) h v 加筋照片 图3 1 试验所h j 筋材样式 试验中将筋条放置在试样高度的1 2 处，布筋图见图3 2 。 ( a ) 俯视图 图3 2 布筋方式图 3 9 i ! ! 1 ( b ) 立面图 ：海人学硕l j 学位论义 共制定了4 个工况a 、b 、c 、d ( 见表3 1 ) ，每个工况按照围压的不厉 ( 5 0 k p a 、 l o o k p a 、1 5 0 k p a 、2 0 0 k p a ) 和竖筋高度的不同( o m m 、5 m m 、| o m m 、1 5 m m 、2 0 m m ) 分别进行2 0 组试验。 表3 1 试验t 况表 为确保试验数据的稳定，试验剪切速率仍取为0 0 1 6 m m m i n ，破坏标准：选 用峰值应力作为破坏应力，无峰值应力时选用1 5 轴向应变对应的应力作为破坏 应力，进行了多组平行试验，选取了8 0 组有效数据。 3 2 试验结果及其分析 3 2 1 应力应变曲线分析 本次试验的目的主要是研究水平筋材的形式对h v 加筋土强度的影响，按 照围压和竖筋高度的不同对试验结果进行处理，比较不同水平筋形式对h v 加 筋土强度的影响。 l 不同围压情况下的应力应变曲线 纯砂的试验结果见第二章，这旱不再重述。 ( 1 ) 水平筋材满布( 7 - 况a ) 时的应力一应变曲线 1 ) 纯水平筋应力应变曲线 1 ：海人学硕i ：学位论文 1 6 0 0 1 4 0 0 一1 2 0 0 山 兽1 0 0 0 o 娄8 0 0 j 爿 蓬6 0 0 4 0 0 2 0 0 o 0246 e l ( ) 1 21 4 图3 3 不同闱压下纯水平加筋的应力一应变曲线( 工况a ) 2 ) h v 加筋应力应变曲线 1 8 0 0 1 6 0 0 1 4 0 0 罡1 2 0 0 _ 早1 0 0 0 b r8 0 0 j 蓬6 0 0 4 0 0 2 0 0 o o246 l ( ) 8 l o ( a ) h = 5 m m ( b ) h = 1 0 m m j ：海人学硕l ：学位论文 ( c ) h - 1 5 m m 上海人学硕l ：学位论文 2 ) h - v 加 j ：海人学硕i j 学位论文 2 0 0 0 1 8 0 0 令1 6 0 0 2 皇1 4 0 0 o1 2 0 0 024681 01 21 4 ( b ) h = 1 0 m m 咖咖鲫伽瑚。 一 1 0 r 越雀 一 ：海人学硕f ：学位论文 对图3 5 和3 6 进行分析：水平筋材带5 1 0 的孔洞时，从应力应变曲线上可 以看出围压对h v 加筋土强度的影响同水平筋材满伟时相同，竖筋高度过高且 围压较大时，强度发生陡降，之后强度趋于定值，这和满布情况不同，主要是因 为水平筋材带孔洞会造成水平筋材强度的折减，并且在孔洞边缘会产生应力集 中，这样当竖筋过高时，竖筋对交接处的水平筋材产生较大的拉力，导致与竖筋 交接处的水平筋材发生破坏，强度发生陡降，而由于水平筋材的破坏，h v 加筋 土的整体性发生破坏，故强度趋于定值。 ( 3 ) 水平筋材带8 x 1 0 x 1 0 的孔洞( 工况c ) 时的应力应变曲线 1 ) 纯水平筋应力应变曲线 【二一2 e l ( 堕二兰一一! 1 图3 - 7 不同同压一l - 纯l k 平加筋的应力虑变曲线( ：j ：况c ) 2 ) h v 加筋应力应变曲线 ( a ) h = 5 m m 4 5 一 一山)i一。i一。r搽礓一 海人学硕十学位论文 ( b ) h = 1 0 m m ( c ) h = 1 5 m m ( d ) h = 2 0 m m 图3 - 8 不同围压一fh v 加筋土的应力应变曲线( 工况c ) 一l ：海人学硕l ：学位论文 对图3 7 和3 8 进行分析：水平筋材孔洞尺寸为1 0 x 1 0 时，应力应变曲线与 前面工况的不同之处在于当竖筋高度过高达到2 0 m m 时，强度发生陡降，并且发 生多次陡降，主要是因为水平筋带孔洞之后，轴向荷载通过孔洞及时传递到下部 土体，使得竖筋及其所包围土体形成的挤密区对竖筋的外推作用不是很大，竖筋 的约束作用得到发挥，当竖筋过高时，外推作用较大，而水平筋材自身有应力集 中，就在一个孔洞边缘发生破坏，强度发生陡降：1 0 x 1 0 的孔洞尺寸较5 x 5 的大， 孔洞之间的距离就会减小，孔洞逐个发生破坏，表现为强度的多次陡降。 ( 4 ) 水平筋材带4 x 2 6 x 1 0 ( 工况d ) 的孔洞时的应力应变曲线 1 ) 纯水平筋应力应变曲线 图3 9 不同同压f e a d 水平加筋的应力席变曲线( d ) 2 ) h v 加筋应力应变曲线 ( a ) h = 5 m m 4 7 i ：海人学硕l ：学位论文 一一一一。 ( b ) h = l o m m 上海人学硕i j 学位论文 从上面四种工况的应力应变曲线可以得出以下结论： 随着围压的增大，h v 加筋土的强度也不断的增大；应力应变曲线呈现双曲线 的形状，这和以往的研究相同，呈现一定的硬化趋势。 当竖筋高度较高时，当应变达到一定值时，强度发生下降，根据工况的不同下 降情况不同：当水平筋材满布时，强度发生下降，这主要是因为水平筋材使土 体分为两部分，由于竖筋的约束作用，上部体承担较大一部分荷载，形成挤 密区，对竖筋产生外推使得竖筋发生倾覆破坏，丧失约束作用，从而上部土体 发生破坏，h v 加筋土发生破坏；当水平筋材采用带孔洞的形式时，孔洞一方 面会削弱水平筋材的摩擦作用，并且会产生应力集中，另一方面孔洞会形成类 似于格栅那样的格室作用会强化加筋土的强度，并且可以及时地传递轴向荷 载，使得挤密区土体对竖筋的外推力不会很大，竖筋作用得到充分发挥。当水 平筋材孑l 洞较小时，轴向荷载传递不及时，竖筋在挤密区的外推作用下过早发 生破坏，强度下降；当孑l 洞较大如( 1 0 1 0 的孔洞) 时，水平筋材的应力集中现 象比较严重，筋材发生多次破坏，表现为强度的多次陡降；当孔洞尺寸达到一 定程度，如两洞贯穿时( 2 6 1 0 的孔洞) ，由于竖向荷载能够及时的传递给下部 土体，故竖筋所受的外推力不是很大，强度没有发生明显的陡降。 传统水平筋的峰值应力发生在应变达到5 7 时，h v 加筋土的峰值应力发 生在轴向应变达到7 9 时，这也和竖筋的约束作用有关。 2 不同竖筋高度下h v 加筋土的应力应变曲线 1 ) 水平筋材满布时c - 况a ) ( a ) 0 32 5 0 k p a 4 9 一i ：海人学硕i ：学位论文 ( b ) 0 3 = 1 0 0 k p a ( c ) 仃3 。1 5 0 k p a ( d ) 0 32 2 0 0 k p a 图3 1 1 不同竖筋高度下h - v 加筋的应力应变曲线( 工况a ) ：海人学硕l j 学位论文 由3 1 1 图可以看出，无论在低围压下还是在高围压下，h v 加筋土的强度 均比纯水平筋的强度高，在低围压下，h v 加筋土的强度随着竖筋高度的增大而 有所增大，在高围压下不很明显：并且在竖筋高度过高并且围压过高时，有明显 的峰值强度，强度出现陡降的现象，主要是因为水平筋材满布，轴向荷载不能及 时传递给下部土体，而围压过高时，在竖筋之间所形成的挤密区对竖筋的外推作 用就较大，竖筋就会发生倾覆，丧失约束作用，从而强度下降；竖筋高度存在一 个最佳值，在本工况下为1 5 m m 。 2 ) 水平筋材带8 x 5 1 0 的孔洞( 工况b ) ( b ) 吒2 1 0 0 k p a ：海人学硕l ：学位论文 ( c ) 仃32 1 5 0 k p a ( d ) 0 32 2 0 0 k p a 图3 1 2 不同竖筋高度下h - v 加筋的应力一应变曲线( 工况b ) 图3 1 2 与图3 1 1 的不同之处在于，竖筋高度较低时如5 m m 时，h v 加筋土 强度增强较传统水平筋不很明显，但当竖筋高度达到适当值如l o m m 时，强度有 了大幅度的提高，并且只有当竖筋高度过高达到1 5 m m 以上且围压达到2 0 0 k p a 时，强度才出现陡降，分析主要是因为水平筋材带孔洞，使得竖向荷载能够传递 到下部土体，挤密区的外推力略微减小，竖筋的约束作用能够较好的发挥，这在 竖筋高度达到一定值时能够体现出来，就表现为在适当高度时强度有了较大幅度 的提高，但当竖筋高度继续增高时，强度增长不大，分析是因为挤密区的外推力 使得过高的竖筋发生倾覆，丧失了约束力，从而强度增长不明显，特别是在围压 过高时，如2 0 0 k p a 时，强度出现了陡降，是因为挤密区对竖筋的外推力，使得 5 2 海人学硕i ：学位论文 竖筋发生了倾覆破坏。 3 ) 水平筋材带8 x l o x l o 的孔洞( 工况c ) ( a ) 盯3 2 5 0 k p a o246 e1 ( ) 8 ( b ) 仃3 = l o o k p a 1 21 4 ，。，j ( c ) 盯32 1 5 0 k p a 5 3 加 哪册 o 枷姗咖姗鲫伽枷 。 一山工一o。一。r净一堡 上海人学硕l ：学位论文 2 0 0 0 1 8 0 0 一1 6 0 0 c o 曼1 4 0 0 占1 2 0 0 ：l1 0 0 0 o r8 0 0 鬟6 0 0 媾 4 0 0 2 0 0 o ( d ) 盯32 2 0 0 k p a 图3 1 3 不同竖筋高度下h v 加筋的应力应变曲线( 工况c ) 从图3