刘德顺　陈永杰

【摘 要】基于分析加筋前后粗粒土的静力大三轴试验结果，研究了加筋前后粗粒土试样强度的变化规律，得出以下结论：加筋能有效地提高粗粒土的强度，随着轴向应变增大，加筋作用越明显，邓肯—张模型能够较好地模拟加筋前后粗粒土应力应变关系，加筋后粗粒土的峰值强度和c值有较大提高，但φ值提高幅度较小。加筋后粗粒土的K和n值均降低了。

【关键词】土工格栅；加筋；本构模型

中图分类号： TU44 文献标志码：A 文章编号： 2095-2457（2017）29-0108-002

【Abstract】Analysis of reinforced and coarse grained soil static triaxial test results based on the variation of coarse grained soil specimen strength before and after reinforcement， draws the following conclusion： reinforcement can effectively improve the strength of the coarse grained soil， with the increase of axial strain， the reinforcement effect is more obvious， the Duncan Chang model can better simulation of the reinforced coarse grained soil stress-strain relationship， reinforced after the peak strength of coarse grained soil and C value increased， but the value was improved significantly. The K and n values of the coarse-grained soil after reinforcement are all decreased.

【Key words】Geogrid； Reinforcement； Constitutive model

加筋土技术是在土中水平铺设筋材，使筋材与土体形成一种复合体，利用筋材抗拉和抗剪强度较高的优点，提高土体的强度和限制土体的侧向变形，从而增强土坡的稳定性[1-3]。

利用静三轴试验可研究静力荷载下加筋对土体的加固效果，获取加筋土复合体的静力本构模型的参数[4-7]。关于加筋粗粒土的研究成果较多，如黄仙枝等[8]进行了4组不同围压、不同加筋层数的土工带加筋碎石土大型三轴试验，分析了加筋带对碎石土应力应变关系及强度的影响，研究表明加筋后试样的破坏强度和破坏应变均得到提高。徐望国等[9]进行加筋强风化软岩粗粒土固结不排水和固结排水大三轴试验，研究表明加筋效果随着加筋层数的增加均有不同程度的提高，加筋前后填料的内摩擦角基本不变，填料的黏聚力增大。

邓肯-张模型由于其简单、参数易获取等优点，已成为应用最为广泛的土体非线性静力本构模型之一[10-11]，该模型能较好地模拟粗粒土的三轴试验结果，但是否能较好地模拟加筋粗粒土的三轴试验结果，缺少深入地研究。本文基于加筋粗粒土的大三轴试验结果，对比分析加筋前后粗粒土的应力应变特性和强度变化规律，研究邓肯-张模型模拟加筋粗粒土应力应变关系的效果。

1 邓肯—张模型

2 加筋粗粒土的大三轴试验研究

图1为文献[12]中加筋粗粒土的静三轴试验曲线，试样尺寸均为φ300mm×700mm，加筋材料为聚乙烯钢塑塑料土工格栅，粗粒土选用堆石料。对该图进行分析可知加筋能有效地提高粗粒土的抗剪强度，随着轴向应变和围压的增大，加筋作用越明显。

根据该试验曲线获得邓肯模型参数的步骤如下：

（1）根据（σ1-σ3）max和σ3作各摩尔圆，得到参数c和φ，如表1所示。

（2）绘制ε1/（σ1-σ3）～ε1关系曲线，取应力水平70%～95%应力水平试验点获得a，b值。

（3）利用a值点绘lg（Ei/pa）～lg（σ3/pa）关系曲线，得到参数K和n。

（4）利用b值和表1中（σ1-σ3）max得到参数Rf。

整理得到邓肯模型的5个强度参数，如表2所示。分析该表可知粗粒土加筋后c值有较大提高，但φ值提高幅度较小，加筋后粗粒土的K和n值均降低了。对比试验曲线与邓肯模型得到的曲线，如图2和图3所示，发现两者在应变为0～0.1范围内的吻合度较好，应变超过0.1后吻合度较差，说明两者在低围压下的吻合度高于在高围压下的。模型曲线能较好地反映—试验曲线的“硬化过程”，说明邓肯模型可作为加筋粗粒土的静力本构模型。

3 结论

（1）分析加筋前后堆石料的静力大三轴试验结果，可知加筋能有效地提高粗粒土的抗剪强度，随着轴向应变和围压的增大，加筋作用越明显。

（2）邓肯模型可作为加筋粗粒土的静力本构模型。粗粒土加筋后c值有较大提高，但φ值提高幅度較小，加筋后粗粒土的K和n值均降低了。对比试验曲线与邓肯模型得到的曲线，发现两者在低围压下的吻合度高于在高围压下的，模型曲线能较好地反映—试验曲线的“硬化过程”。

（3）试验中的围压设置过小，在后续的研究工作中可开展高围压下的加筋粗粒土的大三轴试验，并对试验结果利用邓肯模型进行模拟。

【参考文献】

[1]顾淦臣.土石坝地震工程[M].南京：河海大学出版社，1989：115-118.

[2]郭诚谦，陈慧远.土石坝[M].北京：水利水电出版社，1992：642-645.

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