干湿循环对土钉锚固粉粘土体抗剪性能影响

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土钉加固技术因经济、简易使得其成为了应用广泛的土体加固形式,干湿循环作用对土体各项力学性质劣化明显,土体的破坏形式主要是受剪应力作用而发生破坏,针对干湿循环后土钉锚固土体抗剪性能进行研究是十分有必要的。本文以重塑粉质粘土为试验对象,采用室内试验、理论分析及数值计算的方法,首先对土钉锚固土体进行抗剪强度试验,其次结合扫描电镜试验对干湿循环后的土钉抗剪加固效果进行综合分析,最后通过数值计算分析干湿循环对土钉支护基坑稳定性的影响,揭示干湿循环对土钉锚固土体抗剪性能的劣化机理,主要工作和结论如下:(1)针对无钉粉粘土进行干湿循环试验和直剪试验后发现干湿循环会降低粉粘土的抗剪强度参数,干湿循环主要降低粉粘土粘聚力,而对内摩擦角劣化程度较小。干湿循环幅度影响粉粘土抗剪强度参数降低的速度和幅度,其中粘聚力显著降低在第1次干湿循环后。(2)针对单钉锚固粉粘土进行干湿循环试验和直剪试验后发现干湿循环次数影响土钉充分发挥抗剪加固效果的含水率范围,试样抗剪强度与循环次数负相关,其中前4次干湿循环对试样土影响较大,使土钉锚固土抗剪强度快速降低。(3)通过拍照记录单钉加锚粉粘土试样表面裂隙的发育情况,发现干湿循环会导致土钉锚固土体变形加剧,通过多次増湿膨胀和干燥收缩过程,土钉锚固土体裂隙发育扩展,并且在第1次干湿循环作用后确定主裂隙的裂隙走向,后续循环过程是对已经形成的主裂隙和新形成的次裂隙继承并发展。(4)干湿作用下土钉锚固土体的平均裂隙率与裂隙深度与干湿循环劣化作用相关,循环幅度越大,平均裂隙率越大,裂隙深度也越深,土样破碎程度越高,随着干湿循环次数的增加,裂隙深度的变化渐渐趋于稳定。(5)通过观察直剪试验后钉土界面局部区域土体的不同实验现象、试样土表面裂隙发育情况,结合电镜扫描和数值模拟结果发现土钉抗剪加固作用的发挥受干湿循环参数的限制,而不同的循环参数(循环幅度和循环次数)能够影响土钉锚固土体变形程度(裂隙率和裂隙深度)和土钉的有效粘结长度,使得剪切破坏后形成不同的钉土界面接触,从而影响土钉的抗剪加固效果。(6)通过无钉和单钉两种情况在不同干湿循环工况下的成果分析,提出了不同循环次数下无钉土与单钉加固土循环含水率与两个抗剪强度参数的关系拟合公式,并将拟合公式应用于某土钉支护基坑数值计算,分析了干湿循环作用对土钉支护基坑土体剪切稳定区的影响。
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