固結(jié)度對(duì)復(fù)合土工排水網(wǎng)-廢棄黏土界面拉拔特性的影響

摘 要： 中國(guó)沿海沿江軟土地區(qū)產(chǎn)生的廢棄渣土主要為滲透性差、抗剪強(qiáng)度低的黏性土，采用排水筋材進(jìn)行加筋回填時(shí)，深入認(rèn)識(shí)固結(jié)度對(duì)復(fù)合土工排水網(wǎng)（Geocomposite drainage layer， GDL）-黏性土界面強(qiáng)度的影響規(guī)律是工程渣土堆填場(chǎng)穩(wěn)定性分析的重要基礎(chǔ)。以武漢某基坑開(kāi)挖渣土和商品化GDL為試驗(yàn)材料，開(kāi)展了12組固結(jié)-拉拔試驗(yàn)，分析了固結(jié)度對(duì)GDL-黏土界面拉拔特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：界面拉拔曲線為應(yīng)變軟化型，固結(jié)度越大，達(dá)到峰值和殘余拉拔力的位移也越大；隨著固結(jié)度提高，界面峰值和殘余摩擦角均呈增大趨勢(shì)，而界面峰值和殘余黏聚力變化不顯著；隨著拉拔位移的增大，GDL拉應(yīng)力逐漸由坡形分布轉(zhuǎn)向均勻分布。當(dāng)固結(jié)度從0增大至90%時(shí)，界面峰值和殘余強(qiáng)度分別提高了20.8%～111.1%和21.8%～101.7%，排水網(wǎng)芯的拉力承擔(dān)比例則從80.4%～81.8%降低至62.5%～63.4%。該研究有助于深入認(rèn)識(shí)GDL-黏土界面的相互作用機(jī)理，為廢棄黏土堆填工程的穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 固結(jié)度；復(fù)合土工排水網(wǎng)；黏土；拉拔特性；界面強(qiáng)度

中圖分類號(hào)： TU411

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1673-3851 （2024） 05-0407-11

引文格式：李升智，徐輝，王璐楠，等. 固結(jié)度對(duì)復(fù)合土工排水網(wǎng)-廢棄黏土界面拉拔特性的影響［J］. 浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2024，51（3）：407-417.

Reference Format： LI Shengzhi， XU Hui， WANG Lunan， et al. The effect of consolidation degree on the pull-out behavior of geocomposite drainage layer-abandoned clayed soil interface［J］. Journal of Zhejiang Sci-Tech University，2024，51（3）：407-417.

The effect of consolidation degree on the pull-out behavior of geocomposite drainage layer-abandoned clayed soil interface

LI Shengzhi， XU Hui， WANG Lunan， WANG Jinnan

（School of Civil Engineering and Architecture， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：" The abandoned soils generated in coastal and riverine areas of China are dominated by cohesive soils with poor permeability and low shear strength. When reinforcing backfill with drainage reinforcement materials， a thorough knowledge of the effect of the consolidation degree on geocomposite drainage layer （GDL）-clayed soil interface strength is an important foundation for the stability analysis of excavated soil landfills. With representative excavated soil samples obtained from a foundation engineering site in Wuhan and commercialized GDL as the test materials， 12 sets of combined tests of consolidation and pull-out were conducted to investigate the effect of the consolidation degree on GDL-clayed soil interface pull-out characteristics. The results show that the pull-out curve is strain-softening， and the higher the consolidation degree， the further the displacement to reach peak and residual pullout force. Both interfacial peak and residual friction angle tend to increase with the enhancement of the consolidation degree， while the interfacial peak and residual cohesive force change insignificantly. With the increase of pullout displacement， the GDL tensile stress gradually switches from a slope-shaped distribution to a uniform distribution. As the consolidation degree increases from 0 to 90%， the interfacial peak and residual strength increase by 20.8%-111.1% and 21.8%-101.7%， respectively， while the proportion of drainage core tension decreases from 80.4%-81.8% to 62.5%-63.4%. This study contributes to an in-depth understanding of the interaction mechanism at the GDL-clay interface and provides a basis for the stability analysis of abandoned clayed soil landfills.

Key words：" consolidation degree; geocomposite drainage layer; clayed soil; pull-out behavior; interfacial strength

0 引 言

21世紀(jì)以來(lái)，隨著中國(guó)城市地下空間的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，大量工程渣土也隨之產(chǎn)生［1-2］。據(jù)測(cè)算，目前中國(guó)每年產(chǎn)生的工程渣土已超過(guò)20億噸［3-4］，并呈持續(xù)增加趨勢(shì)。當(dāng)前，中國(guó)工程渣土主要處理途徑有簡(jiǎn)易堆填、渣土受納場(chǎng)以及堆山造景。但是若堆填方式不當(dāng)，易發(fā)生安全事故。例如，2015年12月，深圳光明新區(qū)紅坳渣土受納場(chǎng)堆體邊坡失穩(wěn)，約270萬(wàn)立方米的工程渣土發(fā)生滑動(dòng)，造成77人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8.81億元［3，5］。中國(guó)軟土地區(qū)產(chǎn)生的工程渣土存在黏粒含量高、含水率高、滲透性差、抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn)［6］。在缺乏有效導(dǎo)排措施的堆填工程中，隨著堆體不斷增高，堆體內(nèi)部逐漸飽和，排水固結(jié)進(jìn)程遲緩，抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢；當(dāng)出現(xiàn)超高超速堆填時(shí)，容易達(dá)到臨近破壞點(diǎn)而誘發(fā)堆體失穩(wěn)災(zāi)害。如果在工程渣土堆體中分層鋪設(shè)兼具良好排水和加筋功能的筋材，則有望同時(shí)提升工程渣土抗剪強(qiáng)度和筋土界面強(qiáng)度，從而顯著提高工程渣土堆體的抗滑穩(wěn)定性。

復(fù)合土工排水網(wǎng)（Geocomposite drainage layer， GDL）是一種由立體結(jié)構(gòu)塑料網(wǎng)作為排水內(nèi)芯、雙面黏結(jié)土工布作為透水反濾層的復(fù)合土工材料。由于GDL兼具排水和加筋功能，因而被廣泛應(yīng)用于道路路基［7-11］、填埋場(chǎng)頂部覆蓋系統(tǒng)［12-13］、填埋場(chǎng)滲濾液回灌系統(tǒng)［14］、填埋場(chǎng)底部襯墊系統(tǒng)［12］、渠道襯墊系統(tǒng)［15］等。此外，由于GDL加筋結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)不同類型的回填料，具有方便就地取材、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)逐漸被應(yīng)用于加筋擋土墻、加筋土坡、加筋土堤等。Bhattacherjee等［16］通過(guò)開(kāi)展離心模型試驗(yàn)研究了降雨條件下不同加筋型式粉砂邊坡的穩(wěn)定性，結(jié)果表明：無(wú)加筋邊坡水位顯著上升且發(fā)生嚴(yán)重沉陷，最終導(dǎo)致失穩(wěn)破壞；土工格柵加筋邊坡發(fā)生大量變形，水位持續(xù)上升，格柵應(yīng)變達(dá)到38%～48%；土工布加筋邊坡水位有所降低，但由于加筋效果不足最終發(fā)生失穩(wěn)破壞；相比之下，GDL加筋邊坡水位降低40%以上，坡頂和坡面變形減小80%以上，GDL應(yīng)變僅為3%～8%，穩(wěn)定性良好。Razeghi等［17］通過(guò)開(kāi)展離心模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析研究了GDL對(duì)土工格柵加筋粉砂邊坡穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明：將土工格柵部分替換為GDL后，邊坡水位明顯下降，穩(wěn)定性顯著提高。對(duì)于GDL加筋結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性往往受控于GDL與回填土之間的界面強(qiáng)度，因此深入認(rèn)識(shí)GDL-黏性土界面強(qiáng)度特性具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于GDL-黏性土界面強(qiáng)度特性的研究較少。Bacas等［18］通過(guò)開(kāi)展大型界面直剪試驗(yàn)，對(duì)比研究了排水復(fù)合土工材料-土界面與土工織物-土界面的強(qiáng)度特性，結(jié)果表明：土體抗剪強(qiáng)度越高，界面抗剪強(qiáng)度也越高，且排水復(fù)合土工材料-土界面強(qiáng)度較傳統(tǒng)土工織物加筋的界面強(qiáng)度更大。Ferreira等［19］通過(guò)開(kāi)展一系列不同土體含水率和干密度的大規(guī)模界面拉拔試驗(yàn)，研究了土工復(fù)合加固材料加筋花崗巖殘余土壤的拉拔行為，結(jié)果表明：密度是影響界面強(qiáng)度和界面破壞模式的關(guān)鍵因素，且當(dāng)土壤處于中等密實(shí)狀態(tài)時(shí)，含水率有顯著的影響。Hamidzadeh等［20］通過(guò)開(kāi)展不同上覆應(yīng)力下的大型拉拔試驗(yàn)研究了土工復(fù)合材料（SGCP）和組合格柵（CMB）加筋的拉拔行為，結(jié)果表明：上覆應(yīng)力是增加界面強(qiáng)度的有效因素，且相較單層土壤，這兩種加固方案對(duì)界面強(qiáng)度有明顯的提升作用。Chao等［21-22］采用自制的溫控和應(yīng)力控制大型直接剪切儀對(duì)GDL-黏性土界面開(kāi)展了一系列快速加載和蠕變剪切試驗(yàn)，研究了環(huán)境荷載對(duì)黏性土-GDL界面力學(xué)特性的影響，結(jié)果表明：相比于原始試樣，經(jīng)受干燥-濕潤(rùn)循環(huán)、熱循環(huán)和高溫的界面具有較低的峰值剪切強(qiáng)度和抗蠕變剪切性能。目前，已有一些學(xué)者采用直剪試驗(yàn)研究了GDL-土體界面強(qiáng)度特性，但直剪試驗(yàn)?zāi)M的是填土沿GDL表面發(fā)生滑移的單界面破壞行為，試驗(yàn)過(guò)程中整個(gè)界面剪切位移保持一致，故不能分析GDL拉伸特性對(duì)界面強(qiáng)度的影響，無(wú)法模擬GDL從填土中拔出的雙界面漸進(jìn)破壞過(guò)程，因此需要開(kāi)展界面拉拔試驗(yàn)以研究這種復(fù)雜的筋土界面相互作用機(jī)理。此外，黏性土的固結(jié)過(guò)程會(huì)提高土體抗剪強(qiáng)度［23-27］，而黏性土抗剪強(qiáng)度對(duì)界面強(qiáng)度的影響顯著［28］。隨著固結(jié)度的提高，一方面土體被壓實(shí)，土顆粒間的接觸點(diǎn)增加，摩擦力和咬合力增大，同時(shí)含水量減少，土顆粒之間水化膜變薄，潤(rùn)滑作用減弱，在外力作用下移動(dòng)的摩阻力增大，導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度增大；另一方面土顆粒與GDL之間的摩擦和嵌固作用增強(qiáng)，使得界面摩擦強(qiáng)度增大。因此，研究固結(jié)度對(duì)拉拔荷載作用下GDL-黏性土界面強(qiáng)度特性的影響規(guī)律具有重要意義。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)GDL-廢棄黏土界面特性開(kāi)展了較多直剪試驗(yàn)研究，但針對(duì)GDL-廢棄黏土界面拉拔特性的試驗(yàn)研究較為缺乏且不夠深入。因此，本文從武漢某基坑開(kāi)挖工程采集了廢棄黏性土試樣，開(kāi)展了不同上覆應(yīng)力和固結(jié)度條件下的黏性土與GDL的界面拉拔試驗(yàn)；基于試驗(yàn)結(jié)果，分析了固結(jié)度對(duì)GDL-黏性土界面拉拔曲線和抗剪強(qiáng)度的影響；通過(guò)對(duì)GDL進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步分析了固結(jié)度對(duì)GDL拉應(yīng)力分布與傳遞的影響，為廢棄黏土堆填場(chǎng)穩(wěn)定性分析提供試驗(yàn)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)儀器、材料和方法

1.1 試驗(yàn)儀器

拉拔試驗(yàn)在中國(guó)長(zhǎng)江科學(xué)研究院研制的TGH-3C型土工合成材料直剪拉拔蠕變?cè)囼?yàn)儀上進(jìn)行，該儀器照片如圖1所示。該儀器配有兩個(gè)獨(dú)立的加載系統(tǒng)，分別為水平加載系統(tǒng)和豎向加載系統(tǒng)，均由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。豎向荷載加載系統(tǒng)最大載荷為100 kN，精度0.1%FS；水平荷載加載系統(tǒng)最大荷載為100 kN，精度0.1%FS，可實(shí)現(xiàn)0.02～3.00 mm/min范圍內(nèi)的應(yīng)變控制式試驗(yàn)，水平位移范圍為0～150 mm，精度為0.01 mm。剪切盒尺寸為長(zhǎng)600 mm、寬300 mm、高150 mm。試驗(yàn)過(guò)程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，包括豎向載荷、豎向位移、拉拔位移、拉拔力等。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用工程渣土試樣取自中國(guó)武漢萬(wàn)科鯇子湖項(xiàng)目K3場(chǎng)地。土樣外觀為黑灰色，呈飽和、軟流塑狀態(tài)；粒徑級(jí)配累計(jì)曲線如圖2所示，不均勻系數(shù)" 為5.0，曲率系數(shù)為0.51，細(xì)粒含量為76.6%，屬于級(jí)配不良的細(xì)粒土。工程渣土試樣的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，其中：土樣的液限為43.32%，塑性指數(shù)為18.2，可歸類為低液限黏土；壓縮系數(shù)為0.39，屬于中壓縮性黏土；飽和滲透系數(shù)為1.85×10-8～ 5.8×10-6 cm/s，內(nèi)摩擦角為7.81°，黏聚力為11.32 kPa，屬于低滲透低強(qiáng)度黏土。試驗(yàn)所用GDL產(chǎn)自山東建通工程科技有限公司，由排水網(wǎng)芯和土工布構(gòu)成，其中：土工布作為濾層，以阻止土顆粒進(jìn)入排水通道；排水網(wǎng)芯沿平面方向提供排水通道。在加筋土工程中，GDL能夠加速排水固結(jié)，提升土體抗剪強(qiáng)度；同時(shí)增大界面摩擦、黏結(jié)作用，提升筋土界面強(qiáng)度。其實(shí)物圖與作用機(jī)理示意圖如圖3所示，基本技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

1.3 試驗(yàn)流程

1.3.1 試驗(yàn)工況

本文共設(shè)計(jì)了3組固結(jié)-拉拔試驗(yàn)，工況如表3所示，每組試驗(yàn)包括4種不同固結(jié)度工況，即固結(jié)度U分別為0、30%、60%、90%。試驗(yàn)組CP1、CP2和CP3分別用于研究50、100 kPa和150 kPa上覆應(yīng)力作用下不同固結(jié)狀態(tài)黏土與GDL界面拉拔曲線的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，分析固結(jié)度對(duì)GDL-黏土界面拉拔曲線和抗剪強(qiáng)度以及GDL拉應(yīng)力分布與傳遞的影響。

1.3.2 試驗(yàn)步驟

在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，按如圖4所示的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方案，分別對(duì)GDL的土工布和排水網(wǎng)芯進(jìn)行應(yīng)變片粘貼，以獲得界面拉拔試驗(yàn)過(guò)程中筋材拉力的變化規(guī)律。土工布應(yīng)變片的粘貼采用文獻(xiàn)［29］的方法，以柔性的703膠作為黏合劑，其延展性好，剛度遠(yuǎn)低于土工布，可與土工布協(xié)同變形，粘貼時(shí)保證接觸面為圓形，控制膠層直徑35 mm、厚度3 mm左右；排水網(wǎng)芯應(yīng)變片的粘貼采用文獻(xiàn)［30-32］的方法，以環(huán)氧樹(shù)脂膠作為黏合劑，并在應(yīng)變片上用703膠覆蓋，大小與厚度同上，以形成保護(hù)層。剪切盒內(nèi)填土采用質(zhì)量-體積控制法：控制初始干密度為1.41 g/cm3，初始含水率為35%，以5 cm厚度分6層填筑完成，并逐層用刮平板整平。

試驗(yàn)過(guò)程分為固結(jié)和拉拔兩個(gè)階段。固結(jié)階段時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)工況施加豎向加載壓力，以模擬工程渣土快速超速堆填，使土樣固結(jié)直到達(dá)到目標(biāo)固結(jié)度對(duì)應(yīng)沉降值（沉降值已通過(guò)固結(jié)試驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算并減去GDL壓縮變形量），期間數(shù)據(jù)采集儀每隔5 s自動(dòng)采集垂直位移、垂直壓力，并記錄固結(jié)時(shí)間。固結(jié)階段結(jié)束后立即進(jìn)入拉拔階段。以1.00 mm/min的水平拉拔速率開(kāi)展拉拔試驗(yàn)。期間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)每隔10 s采集水平拉力、水平位移、垂直壓力、垂直位移、GDL應(yīng)變，其中所采集的水平拉力為拉拔端所受拉力，即拉拔力，與GDL被拔出須克服的阻力方向相反、大小相等。當(dāng)水平拉力基本穩(wěn)定不變時(shí)，停止試驗(yàn)。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片如圖5所示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用式（1）和式（2）計(jì)算各試樣所受到的上覆應(yīng)力和剪應(yīng)力：

σ=P/A（1）

τ=T/（2A）（2）

其中：σ為上覆應(yīng)力，kPa；τ為剪應(yīng)力，kPa；T為拉拔力，kN；A為GDL與土的接觸面積，m2。

使用式（3）計(jì)算不同工況的固結(jié)度：

U=St/S0×100%（3）

其中：St為土體經(jīng)過(guò)時(shí)間t所產(chǎn)生的沉降量，mm；S0為土體的最終沉降量，mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 固結(jié)度對(duì)GDL-黏土界面拉拔曲線的影響

不同固結(jié)度的黏土與GDL界面的拉拔力-拉拔位移曲線如圖6所示。隨著拉拔位移的增加，拉拔力逐漸增大，到達(dá)峰值后開(kāi)始下降，最后趨于穩(wěn)定，表現(xiàn)為應(yīng)變軟化特性，這與Tajabadipour等［33］與黃文彬等［34］在進(jìn)行土工布拉拔試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象類似。試驗(yàn)中采用的GDL上下層皆為土工布，直接與黏土相接觸，因此GDL的抗拔力主要取決于土工布與黏土之間的相互作用力。在上覆應(yīng)力Ps作用下，土體干密度逐漸增大，從而GDL-黏土抗拔力逐漸增大；由于GDL中部分土工布受壓后內(nèi)嵌入排水網(wǎng)芯孔隙中，導(dǎo)致表面存在很多小凹坑，在拉拔過(guò)程中，GDL周圍的土顆粒位置不斷發(fā)生翻滾、錯(cuò)動(dòng)和調(diào)整，從而表現(xiàn)出明顯的剪脹性，故出現(xiàn)應(yīng)變軟化現(xiàn)象。在相同上覆應(yīng)力條件下，隨著固結(jié)度的提高，峰值和殘余拉拔力均呈增大趨勢(shì)。例如，在上覆應(yīng)力50 kPa作用下，當(dāng)固結(jié)度分別為0、30%、60%和90%時(shí)，峰值拉拔力分別為3.88、4.69、5.85、6.26 kN，殘余拉拔力分別為3.17、3.86、4.81、5.19 kN。

在相同固結(jié)度下，隨著上覆應(yīng)力Ps的增大，峰值和殘余拉拔力也增大。例如，在固結(jié)度為30%的條件下，當(dāng)上覆應(yīng)力分別為50、100、150 kPa時(shí)，峰值拉拔力分別為4.69、7.03、9.62 kN，殘余拉拔力分別為3.86、5.71、7.92 kN。同時(shí)，上覆應(yīng)力Ps越大，達(dá)到峰值和殘余拉拔力對(duì)應(yīng)的拉拔位移均越大。例如，在固結(jié)度為30%的條件下，當(dāng)上覆應(yīng)力分別為50、100、150 kPa時(shí)，達(dá)到峰值拉拔力對(duì)應(yīng)的拉拔位移分別為107.01、108.84、113.84 mm，達(dá)到殘余拉拔力對(duì)應(yīng)的拉拔位移分別為133.84、143.68 、145.01 mm。在相同上覆應(yīng)力條件下，隨著固結(jié)度的提高，達(dá)到峰值和殘余拉拔力對(duì)應(yīng)的拉拔位移逐漸增大。例如，在上覆應(yīng)力Ps=100 kPa的條件下，當(dāng)固結(jié)度從0提高到90%時(shí)，達(dá)到峰值和殘余拉拔力對(duì)應(yīng)的拉拔位移分別增加了5.84 mm和7.84 mm。這是因?yàn)轲ね恋墓探Y(jié)度越高，密實(shí)度就越大，從而限制了GDL周圍的土顆粒發(fā)生翻滾、錯(cuò)動(dòng)和調(diào)整，GDL-黏土界面剪縮性越大，而剪脹性越小，達(dá)到最大剪縮（脹）量所需的拉拔位移就越大。相關(guān)研究表明，拉拔力達(dá)到峰值或殘余值時(shí)，筋土界面剪縮或剪脹效應(yīng)也剛好最大［35-36］，這與本文的試驗(yàn)結(jié)果一致。

2.2 固結(jié)度對(duì)GDL-黏土界面抗剪強(qiáng)度的影響

不同上覆應(yīng)力作用下GDL-黏性土界面摩擦強(qiáng)度隨固結(jié)度的變化曲線如圖7所示。在同一上覆應(yīng)力作用下，隨著固結(jié)度的增大，界面峰值和殘余強(qiáng)度均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。例如，在50 kPa上覆應(yīng)力作用下，當(dāng)固結(jié)度分別為0、30%、60%和90%時(shí)，相應(yīng)的界面峰值強(qiáng)度分別為12.20、14.74、18.39、19.69 kPa，界面殘余強(qiáng)度分別為9.97、12.14、15.13、16.32 kPa。這是因?yàn)殡S著固結(jié)度的提高，土體更加密實(shí)，土顆粒間的接觸點(diǎn)增加，摩擦力和咬合力增大，同時(shí)含水量減少，土顆粒之間水化膜變薄，潤(rùn)滑作用減弱，表現(xiàn)為土體抗剪強(qiáng)度增大，從而土顆粒受外力作用發(fā)生移動(dòng)時(shí)所受到的阻力也就變大；土顆粒與GDL之間的摩擦與嵌固作用隨固結(jié)度的提高而增強(qiáng)，故界面峰值和殘余強(qiáng)度增大。試驗(yàn)過(guò)程中，GDL中部分土工布受壓后內(nèi)嵌入排水網(wǎng)芯孔隙中，導(dǎo)致表面存在很多小凹坑，因此在拉拔過(guò)程中，GDL周圍的土顆粒會(huì)不斷發(fā)生翻滾、錯(cuò)動(dòng)和調(diào)整。隨著固結(jié)度的增大，土顆粒受拉拔荷載作用發(fā)生移動(dòng)所須克服的阻力也就變大，從而限制了GDL周圍的土顆粒發(fā)生翻滾、錯(cuò)動(dòng)和調(diào)整，導(dǎo)致GDL-黏土界面強(qiáng)度進(jìn)一步增大。此外，在同一固結(jié)度下，隨著上覆應(yīng)力的增大，界面峰值和殘余強(qiáng)度均增大。例如，在固結(jié)度為30%的條件下，當(dāng)荷載分別為50、100、150 kPa時(shí)，界面峰值強(qiáng)度分別為14.74、20.27、29.75 kPa，界面殘余強(qiáng)度則分別為12.14、17.95、24.89 kPa。這是因?yàn)樯细矐?yīng)力越大，達(dá)到相同固結(jié)度時(shí)土體的干密度也越大，因而界面峰值和殘余強(qiáng)度就越大。在三種上覆應(yīng)力作用下，界面峰值和殘余強(qiáng)度隨固結(jié)度提高的增長(zhǎng)幅度分別為20.8%～111.1%和21.8%～101.7%。

利用摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則對(duì)圖7數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，得到的界面峰值和殘余強(qiáng)度參數(shù)如圖8所示。隨著固結(jié)度的提高，界面峰值和殘余摩擦角均呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。例如，當(dāng)固結(jié)度分別從0提高至90%時(shí)，界面峰值摩擦角從4.02°增大至11.79°，界面殘余摩擦角從3.85°增大至9.85°。這是因?yàn)楣探Y(jié)度越大，土體更加密實(shí)，土顆粒與GDL之間的摩擦和嵌固作用增強(qiáng)，界面摩擦角隨之增大。此外，隨著固結(jié)度的提高，與界面峰值和殘余摩擦角增大幅度相比，界面峰值和殘余黏聚力的變化并不顯著，實(shí)際變化量?jī)H為0.47～2.06 kPa，固結(jié)引起的最大變化幅度小于30%。這是因?yàn)楣探Y(jié)度的提高對(duì)GDL與土顆粒之間膠結(jié)作用力的影響不顯著，導(dǎo)致界面峰值和殘余黏聚力變化幅度不大。由此可知，黏土固結(jié)過(guò)程對(duì)GDL-黏土界面強(qiáng)度的影響主要來(lái)源于界面摩擦強(qiáng)度。當(dāng)固結(jié)度從0分別提升至30%、60%和90%時(shí)，界面峰值摩擦角的增幅分別為112.35%、137.65%、193.38%，界面殘余摩擦角的增幅分別為88.73%、124.20%、155.80%。

2.3 固結(jié)度對(duì)GDL拉應(yīng)力分布和傳遞的影響

以150 kPa上覆應(yīng)力條件下固結(jié)-拉拔試驗(yàn)GDL上所布監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果為例，分析固結(jié)度對(duì)GDL應(yīng)力分布與傳遞的影響規(guī)律。圖9為4種固結(jié)度下GDL中排水網(wǎng)芯和土工布各測(cè)點(diǎn)拉應(yīng)力與拉拔位移的關(guān)系，應(yīng)力包括排水網(wǎng)芯拉應(yīng)力和土工布拉應(yīng)力，其中：X為測(cè)點(diǎn)到拉拔側(cè)剪切盒壁的距離，mm；L為GDL加筋長(zhǎng)度，mm。在相同固結(jié)度下，隨著拉拔位移的增加，排水網(wǎng)芯和土工布的拉應(yīng)力均逐漸增大。在距離拉拔端相同位置處，隨著固結(jié)度的提高，排水網(wǎng)芯和土工布的拉應(yīng)力均呈增大趨勢(shì)。這是因?yàn)镚DL整體拉拔力由排水網(wǎng)芯和土工布共同承擔(dān)。此外，在相同條件下，土工布的拉應(yīng)力要顯著低于排水網(wǎng)芯。造成這種現(xiàn)象的主要原因是排水網(wǎng)芯的拉伸模量要遠(yuǎn)高于土工布。

圖10為不同拉拔位移對(duì)應(yīng)的GDL中排水網(wǎng)芯和土工布的拉應(yīng)力分布曲線。在某一拉拔位移時(shí)（拉拔過(guò)程中的某時(shí)刻），距離拉拔端越遠(yuǎn)，排水網(wǎng)芯和土工布拉應(yīng)力就越小，即拉應(yīng)力從拉拔端向自由端不斷衰減。黏土的固結(jié)度越大，這種拉應(yīng)力衰減現(xiàn)象就越明顯。例如，在拉拔位移為40 mm的條件下，當(dāng)固結(jié)度從0提高至90%時(shí)，排水網(wǎng)芯拉應(yīng)力衰減量（從X/L=0.24到X/L=0.79）從2.81 kN/m增大至4.29 kN/m，土工布拉應(yīng)力衰減量從0.31 kN/m增大至1.27 kN/m。隨著拉拔位移的增大，拉拔力逐步傳遞至整個(gè)界面，從而導(dǎo)致拉應(yīng)力衰減現(xiàn)象逐漸減弱，拉應(yīng)力由坡形分布逐漸轉(zhuǎn)向均勻分布。此時(shí)，黏土固結(jié)度對(duì)拉應(yīng)力衰減現(xiàn)象的影響也逐漸減弱。例如，在拉拔位移為135 mm條件下，當(dāng)固結(jié)度從0提高至90%時(shí)，排水網(wǎng)芯拉應(yīng)力衰減量從0.29 kN/m增大至0.32 kN/m，土工布拉應(yīng)力衰減量從0.02 kN/m增大至0.10 kN/m。

圖11為4種固結(jié)度下X/L=0.24位置處GDL中排水網(wǎng)芯和土工布的拉力承擔(dān)比例。從圖11中可以看出，在相同固結(jié)度條件下，隨著GDL拉拔過(guò)程中拉拔力的不斷增大，排水網(wǎng)芯和土工布的拉力承擔(dān)比例基本保持不變。此外，隨著固結(jié)度的提高，土工布的拉力承擔(dān)比例逐漸增大，而排水網(wǎng)芯的拉力承擔(dān)比例則相應(yīng)減小。例如，當(dāng)固結(jié)度為0時(shí)，排水網(wǎng)芯和土工布的拉力承擔(dān)比例分別為80.4%～81.8%和18.2%～19.6%；當(dāng)固結(jié)度為90%時(shí)，土工布的拉力承擔(dān)比例增大至36.6%～37.5%，而排水網(wǎng)芯的拉力承擔(dān)比例則減小至62.5%～63.4%。這是因?yàn)镚DL中排水網(wǎng)芯和土工布之間緊密貼合，在拉拔過(guò)程中兩者變形協(xié)調(diào)，即變形量基本一致；由于排水網(wǎng)芯的拉伸模量顯著高于土工布，因此在發(fā)生相同變形量時(shí)，排水網(wǎng)芯承擔(dān)了更多的拉拔力。隨著固結(jié)度的提高，土工布受壓后內(nèi)嵌入排水網(wǎng)芯孔隙的深度不斷增大，從而土工布變形量增大，最終導(dǎo)致表觀的拉力承擔(dān)比例增大。

3 結(jié) 論

本文開(kāi)展了12組GDL與黏土的固結(jié)-拉拔試驗(yàn)，分析了固結(jié)度對(duì)GDL-黏土界面拉拔曲線和抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律，探究了固結(jié)度對(duì)GDL中土工布和排水網(wǎng)芯的拉應(yīng)力分布與傳遞規(guī)律的影響，主要得到了以下結(jié)論：

a）GDL-黏土界面拉拔力-拉拔位移曲線呈現(xiàn)典型的應(yīng)變軟化特征。在相同上覆應(yīng)力作用下，隨著黏土固結(jié)度的提高，達(dá)到界面峰值和殘余拉拔力對(duì)應(yīng)的拉拔位移逐漸增大。這是因?yàn)轲ね凉探Y(jié)度越大，密實(shí)度就越大，因而界面剪縮性越大，而剪脹性越小，故達(dá)到最大剪縮（脹）量所需的拉拔位移就越大。

b）隨著黏土固結(jié)度的提高，界面峰值和殘余強(qiáng)度均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，界面峰值和殘余摩擦角也均呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，而界面峰值和殘余黏聚力的變化不顯著。這是因?yàn)轲ね凉探Y(jié)度的增大，能夠增強(qiáng)土顆粒與GDL之間的摩擦和嵌固作用，但對(duì)膠結(jié)作用影響不顯著。

c）隨著黏土固結(jié)度的提高，排水網(wǎng)芯和土工布的拉應(yīng)力均呈增大趨勢(shì)。排水網(wǎng)芯和土工布拉應(yīng)力從拉拔端向自由端不斷衰減，且隨著黏土固結(jié)度增大而更加明顯。隨著拉拔位移的增加，拉應(yīng)力由坡形分布逐漸轉(zhuǎn)向均勻分布，黏土固結(jié)度對(duì)拉應(yīng)力衰減現(xiàn)象的影響逐漸減弱。

d）黏土固結(jié)度相同時(shí)，隨著GDL拉拔過(guò)程中拉拔力不斷增大，排水網(wǎng)芯和土工布的拉力承擔(dān)比例基本保持不變。當(dāng)黏土固結(jié)度從0提高至90%時(shí)，土工布的拉力承擔(dān)比例從18.2%～19.6%增大至36.6%～37.5%，排水網(wǎng)芯的拉力承擔(dān)比例則從80.4%～81.8%降低至62.5%～63.4%。

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（責(zé)任編輯：康 鋒）