在我国道路、铁路等大量公共基础设施的扩建与维修过程中,发生了很多的工程灾害,比如公路路基的塌垮、铁路路基的塌垮、公路路面发生开裂、边坡的滑落等。为了减少工程灾害的发生,土工格栅被广泛应用到各个领域,包括软土地基的加固、地下隧道的加固等等。这些土工格栅加固结构凭借格栅与土体的相互作用(即筋土界面相互作用),极大地改善了土体-格栅复合结构的力学特性,使得其满足了施工要求以及提供了使用寿命周期内的安全保障。目前这种筋土界面相互作用都是基于传统型土工格栅,对于新型的机敏土工格栅还缺乏这方面的研究。另外,现有的研究都是建立在极限平衡条件下的力学模型,缺乏筋土界面相互作用的演化过程的研究,这可能会导致遗漏非极限条件下格栅加固结构的破坏。为了进一步研究筋土界面相互作用的演化过程以及传感型的基机敏工格栅的实际应用,本文利用高密度聚乙烯(HDPE)和超导电炭黑(CB)两种材料制备而成的传感型机敏土工格栅,并采用激光切割技术设计了不同几何尺寸的机敏土工格栅,通过室内试验与理论分析,研究了不同几何尺寸的机敏土工格栅在不同粒径填土中的拉拔行为,并同时进行了单轴拉伸试验和直剪试验,分析了筋土界面相互作用,得到如下结论:(1)单轴试验结果表明:机敏土工材料的应力应变曲线近似双曲线形;机敏土工材料的电阻与应变呈抛物线形状。(2)直剪试验结果表明:竖向压力越大,抗剪强度越大;剪切应力不是一个常数,而是随着机敏土工格栅位移的变化而变化的。(3)拉拔试验结果表明:当法向荷载不变,横肋数量的增加会导致最大拉拔力的增大;两个横肋的机敏土工格栅的最大拉拔力与有三个横肋的机敏土工格栅的最大拉拔力相差不大,这是因为竖向压力较大时,土工合成材料在土体中的有效加固长度减小。(4)拉拔试验结果表明:当机敏土工格栅几何尺寸不变,法向荷载越大、最大拉拔力也越大;相比于有横肋的机敏土工格栅试件,无横肋的机敏土工格栅试件的相互作用受法向应力的影响更大。(5)拉拔试验结果表明机敏土工格栅的拉拔行为与试验用土(即砂土和石砾)有关:当法向荷载σv=20kPa的时候,机敏土工格栅在石砾中的最大拉拔力明显大于机敏土工格栅在砂土中的最大拉拔力;当法向荷载σv=30kPa的时候,机敏土工格栅在石砾与砂土中的最大拉拔力的差距,随着横肋数量的增加而减小;当法向荷载σv=50kPa的时候,除了三条横肋的机敏土工格栅在石砾中的最大拉拔力大于在砂土中的最大拉拔力之外,其他几何尺寸的机敏土工格栅在砂土中的最大拉拔力均反超其在石砾中的最大拉拔力。(6)随着拉拔过程的推进,拉拔力逐渐增大,横肋的阻挡力所占比例越来越大,反而横肋和纵肋表面的摩擦阻力所占据的比例越来越小。结果表明,横肋的阻挡力降低了土与机敏土工格栅上的摩擦。另外,法向压力的增大会引起纵肋和横肋表面摩阻力在总的拉拔力中所占比例的增大。但与含有一条横肋的机敏土工格栅相比,含有两条横肋的机敏土工格栅的纵肋与横肋的摩擦阻力之间的差距减小了,原因是横肋的面积增加导致横肋提供的摩擦力的增大。(7)与砂土中机敏土工格栅的拉拔试验结果相比,在20kPa和30kPa法向压力作用下,石砾中机敏土工格栅的横肋阻挡力在总的拉拔力中粘的比例比砂土中的试验结果要大一些;相反,在50kPa法向压力作用下,石砾中机敏土工格栅的横肋阻挡力在总的拉拔力中粘的比例比砂土中的试验结果反而要小一些。因此在较小的竖向荷载作用下,填土的粒径越大,格栅的横肋所提供的的横肋阻挡力会增大;当竖向荷载较大时,格栅的摩擦力所占的比例增大,弱化了横肋的阻挡力。