周 治 民

(西南科技大学，四川 绵阳 621010)

竹筋加筋土筋土界面摩擦特性试验研究

周 治 民

(西南科技大学，四川 绵阳 621010)

针对临时工程使用后复耕问题，将竹筋作为筋材应用于加筋土结构，并通过筋土界面摩擦试验对竹筋加筋土界面特性进行了研究，结果表明：在相同条件下，加筋土界面特性远远优于素土，竹筋加筋土的界面强度稍高于土工格栅加筋土；竹筋的间距对加筋土界面强度的影响较大；作用于竹筋加筋土的压力大小直接影响加筋土的加筋效果。

临时工程，竹筋，加筋土，界面摩擦

0 引言

在土木工程建设中，加筋土技术因能有效地增强土体的稳定性，提高土体的强度和刚度而被广泛应用于地基处理、边坡、路基加固等方面[1]。我国工程建设使用的筋材大多为土工格栅，但在一些临时工程中，土地一般要求使用过后复耕，而回收土工格栅会大大提高工程造价[2]。

我国竹资源丰富，且其力学性能好，环保，可再生，将竹筋作为筋材应用于加筋土结构中具有重要的意义。对于加筋土结构，筋—土界面处的摩擦特性是影响加筋土强度的重要因素[3-5]。目前国内外对竹筋加筋土技术的研究较少，在工程设计和施工方面也没有得出统一的界面摩擦参数指标[2]，因而对竹筋加筋土界面摩擦特性的研究势在必行。

竹筋的间距及作用其上的竖向压力对竹筋加筋土界面摩擦特性的影响很大，故本文主要从竹筋编制方式、不同范围竖向压力两个方面对竹筋加筋土的粘聚力和内摩擦角进行测试。为了验证竹筋加筋土的适用性，试验中同时选用土工格栅进行对比分析。

1 试验材料

1.1 路基填料

路基填料为细粒土，棕黄色，其主要的物理力学性质指标见表1。

表1 路基填料的物理力学性质指标

1.2 竹筋

竹筋选用四川本地资源较为丰富的斑竹。由于竹材的基本密度、顺纹抗拉强度、径向和弦向抗弯强度等随竹龄的增加而增加[6]，5年～6年生竹子达最大值，干缩性随竹龄增加逐渐减少。因此，项目选用5年～6年生，胸高直径50 mm 以上，竹壁厚度4 mm以上的毛竹，人工加工成宽50 mm，厚4 mm～5 mm条状，并分别按照间距为40 mm，20 mm和10 mm用直径为4 mm的8号铁丝进行绑扎，如图1所示。

1.3 土工格栅

土工格栅选用双向塑料土工格栅(GSL20/PE)(见图2)，其基本性能指标见表2。

表2 土工格栅基本性能指标

2 试验方法

竹筋加筋土的界面摩擦特性试验在岩土力学参数测试系统中进行。根据试验设备条件，试样尺寸为500 mm×500 mm，竖向可提供50 t载荷，水平向可提供50 t推力。

试验时，将土样加水，调至最优含水率附近，将土样分三层装入剪切盒内并人工压实(压实度不小于95%)，水平加载采用应变控制，按1.8 mm/min等速率施加荷载于下盒，水平位移采用电子位移计量测。

3 试验结果及分析

3.1 不同筋材加筋土

为了更好地验证竹筋加筋土的界面摩擦特性，分别测试了竹筋加筋土(间距10 mm)、土工格栅加筋土和素土的抗剪强度指标，并进行了对比分析，其试验结果见表3。

表3 不同土体的抗剪强度指标

由表3数据可以看出同一竖向压力作用下，加筋土的抗剪强度明显高于素土。主要原因在于土体剪切过程中，加筋土依靠筋材与土体的界面摩擦作用有效地提高了其界面摩擦指标；另外网格状的筋材形式在一定程度限制上下土体的侧向变形，增强了土体的整体性，从而提高了土体的强度。通过对比同一竖向压力作用下，水平抗力的大小可以得出：竹筋加筋土的力学性能要优于土工格栅加筋土。其原因主要有两个方面，一个是竹筋具有抗拉强度高，弹性模量大，变形量小的优点，从而有效地扩散土体的应力、增加土体模量，限制土体侧向变形。更重要的方面是由于竹筋凹槽和竹节的存在，使材料表面与土体(填料)的接触不仅仅是摩擦，还有竹片侧面以及竹节(竹竿节隔)的咬合与嵌固作用，使加筋土整体的抗剪强度得到了大大地提高。

3.2 不同间距竹筋加筋土

筋材的间距在一定程度上会影响竹筋加筋土的界面强度。所以本次试验选用间距为40 mm，20 mm和10 mm三种不同编制形式的竹筋，在同一压力区段上，分别测试竹筋加筋土界面摩擦强度并得出相关指标参数，试验结果见表4。

表4 不同间距竹筋加筋土的抗剪强度指标

从表4试验结果可以看出，在相同竖向压力作用下，竹筋间距为10 mm的加筋土的抗剪强度最高，竹筋间距为40 mm的加筋土的抗剪强度最低。这说明对于相同面积的三种竹筋，其中编制竹条间距越小，越密实的竹筋所对应的加筋土界面强度更高，力学性质更好。其原因主要跟竹筋凹槽的咬合和嵌固作用有着直接的关系。在相同面积下，竹筋间距越小，横纵方向上所用的竹条就越多。试验时，在一个方向上凹槽与土体的作用面积增大，有效地提高了筋土界面的摩擦力。所以选用密实的竹筋有利于提高加筋土的强度。

与此同时，通过表4试验数据还可以看出，随着竖向压力的增大，水平抗力的增长幅度有所提高。为此，研究竖向压力对竹筋加筋土界面强度的影响很有必要。

3.3 不同压力差竹筋加筋土

本次试验分别测试了间距为10 mm的竹筋加筋土在不同竖向压力区段作用下的抗剪强度指标，试验结果见表5。

表5 不同压力差下竹筋加筋土的抗剪强度指标

从表5试验数据可以看出，竹筋加筋土在高压力作用下，内摩擦角增大而粘聚力有所降低。在实际工程中竖向荷载一般很大，根据库仑定律可知，相比于粘聚力的增加，内摩擦角的提高更

能很大幅度地改善土体的强度。所以竹筋加筋土表现的这一界面特性对应用于实际有着重要的作用。产生这一现象的主要原因在于竖向压力的增大使得竹筋更好地嵌入土体内，其凹槽的咬合和嵌固作用就体现地更充分(见图3)。

4 结语

1)在土料、试验条件和周围环境相同的情况下，加筋土的界面强度明显高于素土。对于加筋土来说，竹筋加筋土的界面强度稍高于土工格栅加筋土；

2)在竖向压力作用范围相同的情况下，竹筋的间距对加筋土的界面强度影响较大。间距越小，其界面强度越高；

3)作用于竹筋加筋土的压力很大程度上影响着加筋土的界面强度。随着其上作用压力的增大，竹筋加筋土的嵌固力和咬合力提高，从而有效地提高了竹筋加筋土的整体强度；

4)竹筋资源丰富，绿色环保，在使用年限较短的临时工程中用以加筋，不但可以有效提高土体工程特性，且对于土地使用过后的复耕问题不会产生影响，具有一定的现实意义；

5)由于试验条件和时间的限制，仅以个别状态为例进行试验，存在一定误差，有待于进一步研究。

[1] 何光春,周世良.加筋土技术的应用及进展[J].重庆建筑大学学报,2001,23(5):11-15.

[2] 张玲玲，文 华.川渝地区钻前工程公路加筋土处治技术研究报告[R].绵阳：西南科技大学，2012.

[3] 陈云勇.加筋土筋土界面特性试验研究[J].公路交通技术，2010(1):8-11.

[4] 杨广庆,李广信,张保俭.土工格栅界面摩擦特性试验研究[J].岩土工程学报，2006,27(8):948-952.

[5] 杨广庆，隋传毅.土工格栅与土体界面摩擦特性试验研究[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2010,23(2):46-52.

[6] 刘亚迪,桂仁意,俞友明,等.毛竹不同源竹材物理力学性质初步研究[J].竹子研究汇刊，2008,27(1)：50-54.

Testing study on interface friction characteristics of bamboo reinforcements and earth

Zhou Zhimin

(SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，China)

To the problem of rehabilitation after the temporary engineering, bamboo as the reinforced material, is used to the reinforced earth structure. And the interface characteristics between bamboo reinforcements and soid are studied with direct shear fraction test. The results show that: in the same conditions, the interface characteristics of reinforced earth is much better than soid. And more, the interfacial friction strength of bamboo reinforced earth is bigger than that of geogrid reinforced earth. Spacing between the bamboo has the great influenceon on the interfacial friction strength of bamboo reinforced earth. The pressure acting on the bamboo reinforced earth directly impacts the strength of reinforced earth.

temporary engineering, bamboo, reinforced earth, interface friction

2014-11-25

周治民(1994- )，男，在读本科生

1009-6825(2015)04-0093-02

TU411.3

A