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凹门1 人学硕士学位论立 土工合成材料加筋土体的应力应变特性研究 岩土工程专业 硕士研究生：刘垂远指导教师：何昌荣教授 摘要 由于加筋能明显改善土体不能受拉的特性，自1 9 6 5 年法国工程师 v i d a l 提出现代加筋土概念后，国内外迅速修建了一些加筋土结构，并 且开展了一些试验和研究。目前，加筋土已广泛应用予公路、铁路路 基、边坡、挡土墙以及河岸等工程。为了更广泛、更有效的利用这种 结构，深入了解加筋土结构在载荷作用下的各种性状是非常必要的。 在回顾前人研究成果的基础上，通过大量的三轴压缩试验，探讨 了砂土和粘土在5 种筋材、3 种加筋层数情况下的应力应变关系。并 利用a n s y s 软件考虑筋、土的相互作用对三轴试验进行了数值模拟计 算。 试验结果表明，无论是砂土还是粘土，加筋均可提高土体的强度， 并随着加筋层数的增加而增大，但加筋并不一定能改善土体的延性， 加筋效果随围压的增大而减小。 加筋土样的三轴压缩主要存在两种不同的破坏型式，即拉断破坏 和粘着破坏。当发生拉断破坏时其应力应变曲线为软化型，此时加 筋仅增加土体的粘聚力分量；当发生摩擦破坏时，其应力应变曲线为 硬化型，此时加筋不但增加土体的摩擦分量，而且增加土体的粘聚力 分量。 三轴试验结果表明普遍应用于土体应力一应变关系的邓肯张模型 同样能够作为加筋土的本构模型。 采用d - p 模型和a n s y s 软件数值模拟计算出的应力应变曲线与试 摘要 验结果吻合较好，说明d p 模型能较好的反应加筋土的应力应变关系， 计算出的破坏形状径向增大呈鼓状，跟试验结果非常类似。筋材表面 上的正应力在试样的轴心处最大，并沿半径方向由内向外先逐渐减小， 然后又逐渐增大；而筋材表面上的径向应力，随着半径的增大先逐渐 增大，然后逐渐减小。 关键词：加筋土三轴试验应力一应变关系本构模型有限元分析 四川大学硕：b 学位论文 s t u d y o ns t r e s s s t r a i nr e l a t i o n s h i pf o rs o i l s r e i n f o r c e d b yg e o s y n t h e t i c s 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 p o s t g r a d u a t e ：l i uc h u i y u a ns u p e r v i s o r ：h ec h a n g r o n g a b s t r a c t b e c a u s er e i n f o r c e m e n tc a n i m p r o v et h e t e n s i l e s t r e n g t h o fs o i l s ， m a n yr e i n f o r e e ds o i l s t r u c t u r e sh a db e e nb u i l ts i n c eaf r e n c he n g i n e e r v i d a l p r o p o s e d t h em o d e r n c o n c e p t o fr e i n f o r c e ds o i la n dal o to f e x p e r i m e n t sa n dr e s e a r c h e sh a db e e nc a r r i e do u t n o w ，r e i n f o r c e ds o i l s h a v eb e e nu s e dw i d e l yi nr o a d ，r a i l w a ys u b g r a d e ，s l o p e ，r e t a i n i n gw a l l ， b a n kp r o t e c t i o na n ds oo n i no r d e rt om a k eu s eo ft h i ss t r u c t u r em o r e w i d e l ya n dm o r ee f f e c t i v e l y ，i ti sn e c e s s a r yt os t u d yt h eb e h a v i o ro ft h e r e i n f o r c e ds o i lu n d e rl o a d i n g o nt h eb a s e o ft h er e v i e wo fa n t e c e d e dr e s e a r c h r e s u l t s ，l o t so f t r i a x i a l c o m p r e s s i o nt e s t sh a db e e nc a r r i e do u tt os t u d yt h es t r e s s s t r a i n r e l a t i o n s h i po f t h er e i n f o r c e ds o i l s t w os o i l sr e i n f o r c e db yf i v ed i f f e r e n t g e o s y n t h e t i e sw i t ht h r e ed i f f e r e n tl a y e r sw e r eu s e di nt h et e s t s t h ef i n i t e e l e m e n tn u m e r i c a ls i m u l a t i o nf o rt h et r i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s t sa l s oh a d b e e nc a r r i e do u tu s i n gt h ec o m m e r c i a ls o f t w a r ea n s y s a c c o r d i n gt o t h et e s tr e s u l t s ，t h er e i n f o r c e m e n tc o u l di m p r o v et h e f a i l u r es t r e n g t hf o rb o t hs a n da n dc l a y ，a n dt h es t r e n g t hi n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s eo ft h e l a y e r n u m b e r so ft h e r e i n f o r c e m e n t h o w e v e r ，t h e e x t e n s i b i l i t y d i dn o t a l w a y s i n c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s eo f l a y e r n u m b e r s t h er e i n f o r c e m e n te f f e c tr e d u c e dw i t ht h ei n c r e a s eo fc o n f i n i n g p r e s s u r e t h e r ew e r et w of a i l u r em o d e sd u r i n gt r i a x i a l c o m p r e s s i o nm a i n l y ， 摘要 o n ew a st e n s i l ef a i l u r ea n da n o t h e rw a sf r i c t i o n f a i l u r e w h e ni tw a s t e n s i l ef a i l u r e ，t h ec u r v eo fs t r e s s - s t r a i nr e l a t i o n s h i pw a ss o f t e n i n ga n d t h er e i n f o r c e m e n to n l yi n c r e a s e dt h ea n g l eo fi n t e r n a lf r i c t i o no fs o i l w h e ni tw a sf r i c t i o nf a i l u r e ，t h ec u r v eo fs t r e s s - s t r a i nr e l a t i o n s h i pw a s h a r d e n i n ga n dt h er e i n f o r c e m e n ti n c r e a s e dn o to n l yt h ea n g l eo fi n t e r n a l f r i c t i o nb u ta l s ot h ec o h e s i o no ft h es o i l t h er e s u l t so ft r i a x i a l c o m p r e s s i o n t e s ti n d i c a t e dt h a tt h e d u n c a n c h a n g m o d e lw h i c hi sw i d e l ya p p l i e dt os a n da n dc l a yd e l e t ea l s o c o u l db ea p p l i e dt or e i n f o r e e ds o i l t h es t r e s s s t r a i n r e l a t i o n s h i po b t a i n e db yt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n u s i n g t h ed r u c k e r p r a g e rm o d e la n ds o f t w a r ea n s y sw e r e a g r e ew i t ht h e t e s tr e s u l t sw e l l ，w h i c hd e m o n s t r a t e dt h a tt h ed r u c k e r p r a g e rm o d e lc o u l d w e l lp r e d i c ts t r e s s s t r a i nb e h a v i o u ro fr e i n f o r c e ds o i l t h ef a i l u r es a m p l e w a sl i k ead r u mw h i c hw a ss i m i l a rt ot h ee x p e r i m e n tr e s u l t s t h en o r m a l s t r e s s e so nt h es u r f a c eo ft h er e i n f o r c e m e n tw e r em a x i m u ma tt h ec e n t e r a n dt h e nd e c r e a s e dg r a d u a l l ya l o n gt h er a d i a ld i r e c t i o n ，f i n a l l yi n c r e a s e d a g a i n t h es h e a rs t r e s s e so nt h es u r f a c eo ft h er e i n f o r c e m e n ti n c r e a s e d f i r s t l yf r o m t h ec e n t e rt os u r r o u n d i n ga n dt h e nd e c r e a s e d k e y w o r d s ：r e i n f o r c e d s o i lt r i a x i a l c o m p r e s s i o nt e s ts t r e s s s t r a i n r e l a t i o n s h i p c o n s t i t u t i v em o d e lf i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s 概论 l 概论 1 1 土工合成材料的定义与发展史【l j 1 1 1 土工合成材料的定义 土工合成材料是一种新型的岩土工程材料。以人工合成的高分子聚合物， 如塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表 面或各层土体之间，发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料可分为士工织 物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。目前己广泛应 用于水利、电力、公路、铁路、建筑、海港、采矿、军工等工程的各个领域。 1 1 2 现代土工合成材料简史 近代土工合成材料的发展，是与合成材料塑料、合成纤维和合成橡胶 的发展分不开的。硝化纤维是第一个商品化的合成材料。1 9 0 8 年l e ob a c k e l a n d 研制了酚醛塑料。到2 0 世纪3 0 年代，聚氯乙烯、低密度聚乙烯、聚酰胺相继 出现在市场。到5 0 年代，聚酯、高密度聚乙烯和聚丙稀相继问世。随着各种塑 料的研制成功，不同类型的合成纤维也投入生产。从3 0 年代到4 0 年代有聚酰 胺纤维和聚氯乙烯纤维，4 0 年代到5 0 年代有聚酯纤维、聚乙烯纤维和聚丙稀 纤维。 合成材料开始应用于土工建筑上的确切年代，已很难考证。据c e s t a f f 推 测，约在2 0 世纪3 0 年代末或4 0 年代初，聚氯乙烯薄膜首先应用于游泳池的防 渗。大量塑料防渗薄膜的应用开始于灌溉工程。美国垦务局1 9 5 3 年在渠道上首 先应用聚乙烯薄膜，1 9 5 7 年开始应用聚氯乙烯薄膜。原苏联在渠道上使用低密 度聚乙烯的历史也很长远。塑料防渗薄膜的应用以后又发展到水闸、土石坝和 其它一些建筑物。1 9 5 9 年意大利的c o n t r a d as o b e t a 堆石坝使用聚异丁烯合成橡 胶薄膜。1 9 6 0 年捷克的d o b s i n a 堆石坝使用聚氯乙烯薄膜。1 9 8 4 年西班牙的 p o z ad el o sr a m o s 砌石坝，初期高度为9 7 m ，以后增至1 3 4 m ，在上游坝面铺 放聚氯乙烯薄膜防渗。这些工程都是在土石坝中使用合成材料防渗薄膜的先例。 合成纤维在土工中的应用开始于5 0 年代末期。1 9 5 8 年r j b a r r e t t 在美国 佛罗里达州利用聚氯乙烯织物作为海岸块石护坡的垫层，一般认为是应用现代 士工织物的开端。实际上在1 9 5 7 以前，以合成纤维织物作成的砂袋已经在荷兰、 列川大学硕士学位论文 德国和日本等国家应用了。在6 0 年代，合成纤维土工织物在美国、欧洲和日本 逐渐推广。所用的土工织物主要是机织型的( 俗称有纺织物，即有经、纬线的) ， 大部分用于护岸防冲等工程。由于机织型土工织物的强度具有很大的方向性， 而且价格较高，限制了它的发展。 非织造型织物( 俗称无纺织物或无纺布) 的应用，给土工织物带来了新的生 命。其特点是把纤维做成多方向的或任意性的排列，故强调没有显著的方向性。 厚的织物不但可以用作滤层，还可以用作导水体，因此更适用于各种土建工程。 非织造型土工织物在6 0 年代末期开始应用于欧洲，1 9 6 8 1 9 7 0 年间相继用于 法国和英国的无路面道路、德国的护岸工程、法国v a l c r o s 土坝的下游排水反滤 和上游护坡蛰层和德国的一座隧洞。在7 0 年代，这种土工织物很快地从欧洲传 播到美洲、西非洲和澳洲，最后传播到亚洲。近2 0 年来，由于纺粘法制造工艺 的推广，生产出大量的成本低、强度离的产品，使非织造型工织物的应用飞 速地发展起来。 “土工织物”和“土工膜”是1 9 7 7 年j r g i r o u d 与j p e r f e t t i 首先提出来的。 将透水的土工合成材料称为“土工织物”，不透水的称为“土工膜”。这两个名 词被使用了许多年。近十几年来大量的以合成聚合物为原料的其它类型的土工 合成材料纷纷问世，已经超出了“织物”和“膜”的范畴。1 9 8 3 年j e f l u e t 建议使用“土工合成材料”一词来概括各种类型的材料，最近几年这名词已 被多数工程师所接受。1 9 9 4 年在新加坡召开了“第五届国际土工织物，土工膜 及有关产品会议”。在这次会议上，大多数与会代表主张用“土工合成材料” 词来概括各种类型的有关材料。 合成材料在我国的应用开始于6 0 年代中期，当时在市场上已经出现很多种 塑料和化纤产品。少数工程技术人员发现这些产品具有优良的工程特性，试用 于土建工程，取得了一些成功的经验，但未能及时推广。7 0 年代后期开始引进 了无纺土工织物，塑料排水带，化纤模带等新型材料，才加速了这一新技术在 我国的推广。 塑料薄膜是在我国应用比较早的土工合成材料，在1 9 6 5 年前后，开始应用 于渠道防渗。主要原料是聚氯乙烯，个别是聚乙烯，薄膜厚度由o 1 2 至o 3 8 m m ， 效果都很良好。以后推广到水库、水闸和蓄水池等工程。1 9 6 5 年为了防治桓仁 水电站混凝土支墩坝的裂缝漏水，用沥青聚氯乙烯热压膜锚固并粘贴于上游坝 i 概论 面，取得了良好的防渗效果，是我国利用土工合成材料处理混凝士坝裂缝的首 例。同年在河北省子牙新河献县枢纽，曾利用粘土夹塑料薄膜作为进洪闸上游 护坦的防渗措施。1 9 7 9 1 9 8 0 年宁夏石嘴山市修建了一座容积为2 5 万立方米 的蓄水池，采用厚度为0 1 m m 的聚氯乙烯薄膜防渗，运用多年，效果良好。1 9 8 4 年陕西西骆峪水库采用三层厚o 0 6 m m 的聚乙烯薄膜防止库区渗漏。从1 9 8 3 年 开始，北京市采用了编织布与塑料薄膜相结合的复合型结构型式，解决了十几 处已建中小型水利工程的渗漏问题，取得了成功的经验。这一结构型式曾被推 广到其它省市。较厚的土工膜到8 0 年代中期才在我国开始应用。1 9 8 6 年水口 水电站利用土工织物和1 o m m 土工膜相结合的复合型土工合成材料修筑石围 堰的心墙。近十年来完成的或施工中的一些较大型工程，多数采用单层的较厚 的土工膜或复合型土工膜。 1 9 7 6 年在江苏省长江嘶马护岸工程中，首先使用由聚丙稀扁丝织成的编织 布，结合聚氯乙烯绳网和混凝土块压重，组成软体排，防止河岸冲刷。类似的 软体排相继应用在江苏省江都西闸和湖北省长江堤防工程。进入8 0 年代，编织 布的应用日渐增多，除用于软体排外，还普遍应用于制造土、砂、石袋，土、 石枕以及软弱地基加固等工程。进入9 0 年代，在东北、华北和长江流域先后发 生了几次特大洪水，编织布在防汛抢险中曾发挥了极为突出的作用。非织造型 土工织物的应用，丌始于8 0 年代初期。从1 9 8 1 年至1 9 8 5 年，铁路部门曾布置 了几十个试验路段，利用无纺织物防止基床的翻浆冒泥，成功率达9 0 以上， 1 9 8 4 年，云南的军用道路及江苏和吉林省的一些公路利用无纺织物提高路基强 度，解决路基沉陷及翻浆冒泥等问题。针刺型无纺织物在水利工程中的应用发 展更为迅速。1 9 8 4 1 9 8 5 年间，云南的麦子河水库，江苏昆山的暗管排水工程， 内蒙古的斡嘎利水库，天津的鸭淀水库黑龙江的引嫩工程。河北的庙宫水库 都用其作为反滤层，经过几年的考验，效果全都良好。自8 0 年代中期以后，无 纺织物的应用很快推广到储灰坝、尾矿坝、水坠坝、港口码头、海岸护坡以及 地基处理等工程。 另外还有几种土工合成材料在我国发展很快。种是加固软土地基的塑料 排水带( 袋) ，从1 9 8 l 1 9 8 3 年在天津新港试用以后，到8 0 年代末期，已应用 于七八个省市的港口码头、高速公路、电厂厂房、飞机场、铁路等工程；一种 是浇筑混凝土用的化纤模袋，开始试用于江苏省的南官河口岸，到8 0 年代术期， 四川大学硕士学位论文 已推广到七八个省市三十凡项工程：另一种是塑料低压输水管道，7 0 年代末从 国外引进目前己普遍应用于河北、山东、河南、山西、东北各省和京、津两 市广大的井灌区。其它类型的土工合成材料，如合成橡胶、塑料锚杆、塑料条 带、泡沫塑料、土工网、土工格栅等也己在我国土建工程中应用。其中尤以 土工网和土工格栅在9 0 年代后期发展很快。 1 1 3 土工合成材料的种类1 1 1 9 9 8 年由水利部会同有关部门共同制订了土工合成材料应用技术规范 ( g b 5 0 2 9 0 9 8 ) 。该规范将土工合成材料分为四大类，即土工织物：土工膜：土 工复合材料和土工特种材料。该规范的分类见图1 - 1 。 土工台成材料 士工织物 土工膜 r 机织( 含编织) 织造1 l 针织 厂针刺 非织造 o 、0 7 5 m m 的含量大于5 0 ，判为粗粒土： 2 r a m 的含量小于5 0 ， 6 06 0 - * 22 0 0 0 5 有纺织物 医用纱 布 窗纱。 3 4 不同围压对试验结果的影响 3 ，k p a 筋材 层数 1 0 02 0 03 0 04 0 0 p 。一c r 3 ) 。k p a 未加筋 02 7 25 2 87 8 31 0 4 3 23 7 56 4 69 5 51 1 8 0 窗纱34 0 l6 9 89 8 71 2 9 0 44 4 67 6 51 0 6 71 3 9 0 23 6 26 4 38 9 71 1 6 8 打包带 34 0 66 5 9 1 71 1 7 7 单向 44 1 36 7 8 9 3 81 1 9 0 23 8 i6 7 99 7 91 2 7 0 打包带 34 8 98 5 91 2 1 21 5 5 5 戏向 45 2 6 8 8 81 2 5 91 6 1 2 、q 一0 ，十 2 l 有纺织物311 0 2l 1l 2l 土工 31l1 1 拉筋带 l1i 2 l1 医用纱布3i 1 l 洼：表中p l 一盯3 ) 一为加筋土破坏时的主应力差；p l 一盯3 k 为素士破坏时的主成力羞 3 试验结果及分析 k p i 筋材 层数 1 0 02 0 03 0 04 0 0 t ，一d 3 ) 。时a 来加筋 o2 8 55 1 87 6 09 9 5 23 3 56 2 1 9 0 01 1 7 6 窗纱33 8 16 5 99 3 91 2 2 l 44 0 97 0 l9 9 41 2 8 8 23 6 56 5 09 4 5 1 2 2 5 有纺织物34 5 38 0 01 1 4 71 4 9 6 45 6 99 7 2 1 3 7 41 7 8 4 f 1 0 3 b k i & 23 7 16 5 59 4 9 1 2 2 9 士工 34 8 28 2 81 1 8 8 1 5 3 5 拉筋带 4 5 9 81 0 1 71 4 3 11 8 7 2 23 4 86 4 3 9 2 51 2 1 6 医用纱布34 1 77 3 81 0 6 61 3 8 2 44 7 38 4 5 1 2 1 01 5 8 0 注；表中b i d 3 ) 一为加筋士破坏时的主应力差；b l 一0 3 ) 肛为素土酸坏时的主应力差。 为了比较不同围压对应力应变的影响，将未加筋和加筋复合体破坏时的应 力差值及轴向应变值列成表3 - 3 3 6 ( 由于打包带双向、有纺织物、土 工拉筋带和医用纱布加筋时其应力一应变曲线均为硬化型，破坏时的轴向应变均 为1 5 ，故轴向应变值只将未加筋、窗纱、和打包带单向加筋三种情况进行了 比较) 。先来考虑窗纱加筋1 4 土，加筋层数n = 3 的情况，当仃，= 2 0 0 k p a 、3 0 0 k p a 、 4 0 0 k p a 时，破坏时的强度( 吼一吒) 。跟吼= 1 0 0 k p a 相比，分别增加了7 4 1 、 1 4 6 1 、2 2 1 7 ( 见表3 - 3 ) ，而其对应的破坏时的轴向应变分别增长了7 6 5 、 1 0 4 ，4 、1 1 1 8 ( 见表3 5 ) ，均呈非线性增长；加筋2 4 土。采用跟1 4 土一致的 分析方法可发现，随着围压的增大，加筋土破坏时的强度( 吼一吒) 。呈非线性 增长( 见表3 - 4 ) ，但其对应的轴向应变并不随着增长，而是呈现无规律性( 见表 3 - 6 ) 。其它情况与之类似。由此可知，对于砂土( 1 8 土) ，增加围压可以提高土 体的破坏强度( 当应力应变曲线为软化型时，其残余强度也得到提高) ，抑制士 体的膨胀，试样延性大大增强，其破坏应变相应的增长，且均里非线性关系a 对于粘土( 2 。土) 增加围压可以提高土体的破坏强度( 当应力一应变曲线为软化 型时，其残余强度也得到提高) ，且呈非线性关系，抑制土体的膨胀，但土体的 破坏应变并不随之相应的增长，而呈现无规律性。 由表3 1 和表3 _ 2 可发现这样的规律：对应菜一给定的值- 强度加筋效 果系数足随着围压的增大而减小，换句话讲，就是在加筋层数不变的情况下 围压小的时候，加筋土破坏时的强度p ，一吒) 。比对应的索土破坏时的强度 ( 一叮，) 。提高的百分率高，而在围压大的情况下，加筋土破坏时的强度 ( 一盯；) 。比对应的素土破坏时的强度q 一吼) 。提高的百分率低，这说明在加 筋土的三轴试验中，在低围压的情况下，采用加筋的方法来提高土体的强度更 紊土窗纱争包带单向 星数n 吼，k 趴 0234234 1 0 08 ，78 76 89 46 16 82 9 2 0 01 2 61 5 o1 2 o1 0 88 t7 45 5 3 0 01 3 91 5 01 3 91 2 ，01 1 38 78 1 4 0 01 5 ，01 5 01 4 ，41 3 91 3 91 0 78 7 往：为土体破坏时的轴向应变值 素土窗纱 屠数n 吒l c 八 o234 l o o7 ，41 5 09 4 1 0 7 2 0 01 1 31 3 31 5 21 2 6 3 0 01 4 61 2 01 2 61 3 9 4 0 01 3 91 3 31 4 29 4 注t g 吖为土体破坏时的轴向应变值 3 试验结果及分析 为合理，更为有效。那么为什么会有这样的现象呢? 这可从两方面来分析。 第一，从加筋土的三轴试验过程来分析。首先将制备好的加筋土三轴试样放在 三轴仪上。在某一围压下作等向固结，待固结完成后，再进行剪切试验直至试 样破坏。作者认为当在某一围压下等向固结试样时，由于固结试样时土体收缩。 土中纤维随之“缩短”，在剪切过程中，只有当轴向应变达到一定值时，加筋纤 维才恢复到试验前的初始状态，之后随着土样变形的增大而承担土体中的应力， 提高土体强度。那么当固结压力仃，较小时，试样固结时纤维“缩短”的量就小 ：反之，当固结压力盯，较大时，试样固结时纤维“缩短”的量就大。这样，在 低围压下加筋材料能尽早发挥加筋作用。而在高围压下加筋材料发挥加筋作用 要比低围压下晚些或小些。若取相同破坏标准，那么低围压下提高的百分值自 然比高围压下提高的百分值大。第二，从加筋材料的特点及附加围压的大小来 分析，加筋材料本身具有比商的抗拉强度和抗拉变形能力，加筋在外荷载 作用下变形时，加筋材料在与其平行的方向上对土施加了一个约束力，增加一 个以。试验时施加了吼，吒在( c r 3 + 吒) 所占的百分比较小，这个比值随 着围压以的增大而减小。根据文献【5 1 】，在三轴试验中，加筋土破坏时，作用 于土上的等效周围压力为吒，土体达极限平衡时，侧向压力q 相对增量与竖 向压力仉的相对增量相等，即： a o 3 ：垃 ( 3 2 ) 盯3 口 又有，吧，= 2 a c t g ( 4 5 0 一妒2 ) ，那么 垒蔓：2 a c t g ( 4 5 。- q ，2 ) 仃l吒 ( 3 3 ) 由此可见在高围压下，加筋土的强度比对应素土的强度提高的百分l e , d 、 而在低围压的情况下，提高的百分比大1 5 1 】。 3 5 不同加筋层数对试验结果的影响 由图3 - 8 3 1 3 及图3 2 5 3 2 8 可以看出，对各种不同材料加筋均有以下 共同现象：在轴向应变较小时，不同加筋层数时的应力应变曲线及体变应变 曲线均相互接近，随着轴向应变的增加各曲线的差别才逐渐增大，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。 四川大学硕士学位论文 以下从三个方面来分别讨论加筋层数对试验结果的影响： ( 1 ) 对抗剪强度( o i 一吒) ，的影响 从表3 3 、3 - 4 中可以看出，随着加筋层数的增加，破坏强度相应的增长。 以窗纱加筋1 “土为例，在围压o 3 = 1 0 0 k p a 的情况下，当加筋层数j v = 2 、3 、4 时，加筋土破坏时的应力差值( t 7 1 一吧) ，跟对应素土的( q 一吒) ，相比较，其值分 别增加了3 7 ，9 、4 7 4 、6 4 o ，呈非线性关系。当为打包带单向加筋时，由 图3 - 8 可知，峰值后的应力差g ( o - 一o 3 1 并不随着加筋层数的增加而增长，例 如屯= 1 5 时，应力差值由大到小依次为：( o i 一吩) 。、( 吼一吒) 。、 ( q 一吼) 。，而不是( q 一吒) 。；。、( o i 一玛) 。：，、( o t 一吒) 。；：。 ( 2 ) 对轴向应变的影响 由于当应力应变曲线为硬化型时，其破坏应变均取1 5 ，故在此只讨论应 力应变曲线为软化型的情况。由表3 - 5 可知，对l “土，当围压仉= 1 0 0 k p a 时， 未加筋的破坏轴向应变s 6 = 3 9 ，打包带加筋两层时s 。= 6 1 ，三层时s 。= 6 8 ，四层时。= 2 9 ，破坏应变并没有随着加筋层数的增加而增大，而 是增大、增大、减小：当0 3 = 2 0 0 k p a 时，未加筋的破坏轴向应变占。= 1 2 6 ， 打包带加筋两层时6 r = 8 1 ，三层时占p = 7 4 ，四层时s 。= 5 5 ，随着加筋 层数的增加，破坏时的应变不但没有增大，反而降低，以= 3 0 0 k p a 、4 0 0 k p a 与吧= 2 0 0 k p a 的情况类似，破坏应变均随的增大反而降低。窗纱加筋时， 跟打包带单向加筋类似，当盯，= 2 0 0 k p a 时，呈现无规律性，当o 3 = 3 0 0 k p a 、 3 0 0 k p a 、4 0 0 k p a 时，破坏时的应变均随着加筋层数的增大而减小。故，窗纱 及打包带单向加筋的情况下，不能很好的提高土体的延性，在一定条件下反而 会降低土体延性。对于2 。土，由表3 - 6 可知，窗纱对加筋土的破坏轴向应变的 影响跟l 。土类似，也表现为无规律性。 ( 3 ) 对体变占的影响 由图3 - 1 4 3 1 9 及图3 - 2 9 3 3 2 可知，达到一定轴向应变后，对应同一轴 向应变，加筋后的体变值l 均高于未加筋时的体变值，且加筋层数越大，体 变值q 也越大。说明加筋可以有效的抑制土体的膨胀，且随着加筋层数的增加， 士体的剪胀性受到更大的抑制。 3 试验结果段分析 3 6 抗剪强度指标 由表3 7 及表3 - 8 可以看出，不论是砂土( 1 4 ) 还是粘土( 2 4 ) ，窗纱和打包带 单向不改变土体的摩擦分量，仅增加土体的粘聚力分量，且其粘聚力分量随着 加筋层数的增加而增大；打包带双向、有纺织物、土工拉筋带和医用纱布不 但增加土体的摩擦分量，而且增加土体的粘聚力分量，且其摩擦分量和粘聚力 分量均随着加筋层数的增大而增大。 3 7 小结 通过大量的三轴压缩试验( 采用饱和固结排水剪) ，探讨了2 种土体( 1 4 土和 2 4 土) 在5 种不同土工合成材料、3 种加筋层数( _ v = 2 、3 、4 层) 、4 个不同围 婴型查堂堡主堂堡丝苎 一一一一 压( 以，= 1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 、4 0 0 k p a ) 情况下的应力一应变关系，其中1 4 土采用了5 种筋材，即：窗纱、打包带、有纺织物、土工拉筋带和医用纱布，其中打包带 又分两种布放方式( 具体见2 f 3 3 ) ：2 4 土采用了4 种筋材，即：窗纱、有纺织物、 土工拉筋带和医用纱布。得出以下结论： ( 1 ) 试样主要表现为两种不同的破坏型式，即：拉断破坏或断裂破坏及摩擦 破坏或粘着破坏。 试样发生拉断破坏时存在一明显的破裂面，试样中的筋材有被拉断的现象， 其应力应变曲线表现为软化型，达到