加筋粗粒土靜動(dòng)力三軸試驗(yàn)的研究進(jìn)展

李娟　徐敏

摘要：壩頂加筋是一種經(jīng)濟(jì)有效的高土石壩抗震加固措施，其效果可利用靜動(dòng)力大三軸試驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。加筋粗粒土靜力大三軸試驗(yàn)結(jié)果表明加筋粗粒土的加固效果可利用“等效附加圍壓原理”進(jìn)行解釋，加筋效果與加筋材料強(qiáng)度、土體填料密實(shí)度、加筋層數(shù)和圍壓等因素有關(guān)。加筋粗粒土動(dòng)力大三軸試驗(yàn)結(jié)果加筋粗粒土與素粗粒土的殘余變形的發(fā)展規(guī)律基本一致，加筋可抑制粗粒料的殘余剪切變形和殘余體積變形。

關(guān)鍵詞：土石壩；加筋；三軸試驗(yàn)

中圖分類號(hào)： TU44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）09-0191-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.091

Research Progress on Static and Dynamic Three Axis Test of Reinforced Coarse-grained Soil

LI Juan XU Min

（Second Geological Brigade of the Jiangsu provincial geological and Mining Bureau，

Changzhou Jiangsu 213022，China）

【Abstract】The reinforced is an economical and effective reinforcement measures of high rockfill dam earthquake， the effect can be verified by static dynamic triaxial test.The results of static triaxial test of reinforced coarse grained soil show that the reinforcement effect of reinforced coarse grained soil can be explained by the principle of equivalent additional confining pressure.The reinforcement effect is related to the strength of reinforced material，the density of soil filler， the number of reinforcement layers and confining pressure.The dynamic triaxial test results of reinforced coarse grained soil are basically the same as the residual deformation of reinforced coarse grained soil and coarse grained soil. Reinforcement can restrain residual shear deformation and residual volume deformation of coarse grained soil.

【Key words】Eearth rockfill dam；Reinforcement；Three axis test

國(guó)內(nèi)外有很多高度超過100米的高土石壩建在基本烈度為7度以上地震區(qū)，如前蘇聯(lián)壩高為335米的的羅貢壩、美國(guó)壩高為234米的的渥洛維爾壩、中國(guó)的紫坪鋪、長(zhǎng)河壩和糯扎渡壩等。由于“鞭梢效應(yīng)”，高土石壩的壩頂區(qū)域地震反應(yīng)最為強(qiáng)烈，也最容易破壞，強(qiáng)震可能會(huì)造成土石壩損壞、喪失使用功能甚至發(fā)生潰壩，因此，對(duì)高土石壩采取必要的抗震加固措施意義重大。壩頂加筋是一種經(jīng)濟(jì)有效的土石壩抗震加固措施，通過在壩頂筑壩材料中水平鋪設(shè)筋材，利用筋材與堆石料之間的摩擦和嵌鎖作用，從而限制堆石料的變形，減小土石壩的壩頂?shù)卣鹩谰米冃危ＷC土石壩的安全穩(wěn)定。

1 加筋粗粒土靜力大三軸試驗(yàn)研究

壩頂加筋抗震加固措施的效果可利用靜動(dòng)力大三軸試驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證[1-8]。在加筋土的靜力三軸試驗(yàn)中，加筋土與未加筋土的強(qiáng)度曲線大致平行，加筋土的力學(xué)性能的改善只是增加了粘聚力，而土體的內(nèi)摩擦角沒有變化，相當(dāng)于對(duì)土體施加了等效圍壓，該試驗(yàn)結(jié)果通常被稱為加筋土的“等效附加圍壓原理”。下面主要介紹加筋粗粒土的靜力三軸試驗(yàn)的研究成果，黃仙枝等[1]、徐望國(guó)等[2]、石熊等[3]開展了土工帶、土工格柵加筋粗粒土的大型三軸試驗(yàn)，分析了加筋對(duì)粗粒土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及強(qiáng)度的影響，研究表明加筋效果與加筋材料強(qiáng)度、加筋層數(shù)和圍壓等因素有關(guān)，加筋填料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)為應(yīng)變硬化型，軸向應(yīng)變較?。é臿<1%）時(shí)，加筋效果不明顯，隨著軸向應(yīng)變的逐漸增大，加筋的效果逐漸發(fā)揮；加筋后粗粒土破壞強(qiáng)度和破壞應(yīng)變均得到提高，加筋粗粒土的強(qiáng)度服從“等效附加圍壓原理”。傅華等[4]開展了室內(nèi)加筋堆石料的大三軸試驗(yàn)，研究表明加筋的作用效果與加筋材料、土體材料密實(shí)度和加筋層數(shù)密切相關(guān)，加筋材料本身強(qiáng)度越高，土體材料密實(shí)度越高，加筋層數(shù)越多，筋層間距越小，加筋的效果就越明顯。

2 加筋粗粒土動(dòng)力大三軸試驗(yàn)研究

動(dòng)三軸試驗(yàn)[9-15]主要目的是為了揭示動(dòng)力條件下加筋土的動(dòng)力響應(yīng)和殘余變形的研究，得到建立加筋土復(fù)合體的動(dòng)力本構(gòu)模型所需的參數(shù)。Maher等[9]對(duì)隨機(jī)分布纖維加筋砂土利用共振柱試驗(yàn)測(cè)量其動(dòng)力反應(yīng)，得到加筋土結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性的結(jié)論。楊帥東[10]研究了在不同加筋材料、不同加筋層數(shù)、不同圍壓、不同固結(jié)應(yīng)力比條件下的加筋土的動(dòng)彈性模量變化規(guī)律，并與素土試樣試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。研究表明加筋土的動(dòng)彈性模量隨圍壓和固結(jié)應(yīng)力比的增加而增大，窗紗加筋試樣的最大動(dòng)模量相比素土的有了較大的提高，并隨著加筋層數(shù)的增加而增大，土工布加筋土試樣最大動(dòng)彈模量與素土的相比趨勢(shì)不明顯。鄒德高（下轉(zhuǎn)第158頁）（上接第191頁）等[11]利用動(dòng)三軸試驗(yàn)研究了筑壩沙礫料加筋后砂礫料殘余變形與振動(dòng)次數(shù)的關(guān)系，采用改進(jìn)的沈珠江模型分別擬合了加筋前后砂礫料的殘余變形試驗(yàn)結(jié)果，研究表明加筋可抑制砂礫料的殘余剪切變形和殘余體積變形，加筋前后的砂礫料永久變形特性均可采用改進(jìn)的沈珠江模型描述，加筋后的模型參數(shù)明顯降低。劉漢龍等[12]利用動(dòng)三軸試驗(yàn)探討了圍壓、循環(huán)荷載條件及加筋間距等對(duì)加筋堆石料動(dòng)殘余變形的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明在循環(huán)荷載作用下，加筋堆石料與素堆石料的殘余變形的發(fā)展規(guī)律基本一致，但加筋后堆石料的殘余變形變小，且隨加筋層數(shù)增加殘余變形的降低愈明顯。

3 結(jié)論

（1）加筋土的加固效果可利用“等效附加圍壓原理”進(jìn)行解釋，即加筋土與未加筋土的強(qiáng)度曲線大致平行，加筋土力學(xué)性能的改善只是增加了粘聚力，相當(dāng)于對(duì)土體施加了等效圍壓。

（2）加筋粗粒土靜力大三軸試驗(yàn)結(jié)果表明加筋效果與加筋材料強(qiáng)度、土體填料密實(shí)度、加筋層數(shù)和圍壓等因素有關(guān)，加筋填料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)為應(yīng)變硬化型，隨著軸向應(yīng)變的逐漸增大，加筋的效果逐漸發(fā)揮，加筋后粗粒土破壞強(qiáng)度和破壞應(yīng)變均得到提高，加筋材料本身強(qiáng)度越高，土體填料密實(shí)度越高，加筋層數(shù)越多，筋層間距越小，加筋的效果就越明顯。

（3）加筋粗粒土動(dòng)力大三軸試驗(yàn)結(jié)果表明在動(dòng)荷載作用下，加筋粗粒土與素粗粒土的殘余變形的發(fā)展規(guī)律基本一致，但加筋后堆石料的殘余變形變小，且隨加筋層數(shù)增加殘余變形的降低愈明顯，加筋可抑制粗粒料的殘余剪切變形和殘余體積變形，加筋粗粒土的動(dòng)彈性模量隨圍壓和固結(jié)應(yīng)力比的增加而增大。

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