循环荷载作用下土工格栅加筋非饱和黄土界面剪切力学特性研究

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加筋土是一种常见的土体加固方式,由于具有优良的力学特性,在交通基础设施建设中应用广泛。交通循环荷载作用下,加筋土结构内部产生塑性变形,筋土界面发生相对滑移并不断累积,大大降低了加筋土结构的服役水平。循环荷载下筋材与填料的相互作用机制非常复杂,与土体力学特性、筋材细观结构及外部荷载形式等因素有关。近年来,细粒土能够降低经济成本、减少环境破坏,成为加筋土填料的重要选择。细粒土填料一般处于非饱和状态,加筋土结构运营过程中受到水力环境和循环荷载的共同作用,两种因素影响下的筋土界面剪切力学特性是非饱和加筋土结构设计时需要关注的关键问题。为此,本文针对土工格栅加筋黄土筋土界面剪切力学行为,自主研制了多功能筋材拉拔剪切试验设备,开展了静载和法向循环荷载作用下非饱和黄土填料土工格栅拉拔试验,研究了填料含水率、法向应力形式及土工格栅网孔铺设方向等对界面强度及变形的影响,分析了非饱和筋土界面变形累积规律和长期稳定性。主要研究结果如下:(1)自主研发了多功能界面拉拔剪切试验设备,可以进行静载及法向循环加载-切向静载两种模式下土工织物拉拔试验,能实现应力控制和应变控制两种加载方式,适用于多种填料和筋材拉拔及剪切试验。夹具对筋材可以施加足够的夹持力,加载控制方式灵活、方便。(2)土工格栅网孔平行拉拔方向铺设比垂直铺设的峰值拉力大0.2-0.4倍;筋土界面强度随含水率的增大而降低,含水率较高时,在较大法向压力作用下,筋土界面强度显著降低;含水率为9%、14%和19%时,峰值拉力随法向应力的增大而线性增大。(3)法向循环荷载作用下,拉拔荷载取50%静强度时,筋土界面位移趋于稳定,拉拔荷载大于50%静强度时,1800次循环后,筋土界面位移仍在不断发展。循环荷载下筋土界面强度明显降低。(4)半对数坐标系下循环次数-筋材位移曲线存在拐点,拐点之前,曲线斜率较小,筋材位移增量较大,横肋位移随循环次数增长较快。拐点之后,曲线斜率变大,筋材位移增量变小,位移随循环次数增长变缓。
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