生态袋加筋土界面剪切特性及本构模型研究

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传统护坡工程因施工开挖,对边坡原有的生态环境造成了破坏。生态袋加筋土挡墙是将生态恢复和边坡防护二者有机结合的新型的边坡支挡结构。由于生态袋加筋土界面的剪切特性对生态袋挡土墙的稳定性有着重要的影响,同时界面强度参数指标是生态袋挡土墙工程设计的重要依据。通过室内剪切试验,研究了高羊茅根系加筋作用对生态袋与土界面剪切特性的影响,并建立了高羊茅根系加筋生态袋与土界面的本构模型,得到结论如下:(1)生态袋与裸土界面黏聚力、内摩擦角、界面摩擦系数、等效剪切劲度均随含水率增加而减小。含水率从13.0%增加到21.2%,界面黏聚力减幅最大,减幅达到了36.4%。(2)随着含水率增加,根系加筋生态袋与土界面黏聚力、内摩擦角、界面摩擦系数和等效剪切劲度均减小。含水率从13.0%增加到21.2%,界面黏聚力减幅最大,减幅为33%。(3)相同含水率条件下,随着根土面积比的增加,根系加筋生态袋与土界面黏聚力、界面摩擦系数、等效剪切劲度均增大。根土面积比从0.008%增加到0.027%,界面黏聚力增加幅度最大,增幅为61%。(4)通过对不同含水率条件下,生态袋与裸土和根系加筋生态袋与土界面剪切试验得出,在相同含水率条件下,根系加筋的生态袋与土界面黏聚力大于生态袋与裸土的界面黏聚力。含水率从13.0%增加到21.2%,根系加筋生态袋与土界面黏聚力比生态袋与裸土界面黏聚力最小增加约29.2%,最大增加约40.5%。(5)通过对室内直剪试验应力应变关系的拟合,生态袋与土界面剪应力与位移关系符合Clough-Duncan本构模型。通过对模型参数分析得出:(1)生态袋与裸土的破坏比介于0.65~0.89之间,含水率从13.0%增加到21.2%,生态袋与裸土的劲度系数K最终减小了0.06,减小幅度为4.8%。(2)根系加筋生态袋与土破坏比介于0.77~0.94之间,说明根系加筋可以提高生态袋与土的破坏比的取值区间。含水率从13.0%增加到21.2%,根系加筋生态袋与土的劲度系数K减小了0.76,减小幅度为42.2%。(3)相同含水率下,随着根土面积比的增加,根系加筋生态袋与土破坏比介于0.73~0.95之间,根土面积比从0.008%增加到0.027%,劲度系数K增加了0.62,增幅为52.5%。(6)通过生态袋与土界面剪切试验和总结前人研究结果发现,对双曲线模型中初始剪切劲度、极限剪应力与法向应力间的关系方程进行简化,然后分别引入含水率和根土面积比这两个变量,建立了考虑法向应力与含水率和考虑法向应力与根土面积比的双曲线本构模型。最后利用双曲线模型拟合结果与试验数据进行比较,发现二者相关性较好,说明该双因素耦合的界面本构模型可以拟合高羊茅加筋生态袋与土界面剪应力与剪切位移的关系。
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