加筋粗粒土靜動力三軸試驗的研究進展

李娟　徐敏

摘要：壩頂加筋是一種經濟有效的高土石壩抗震加固措施，其效果可利用靜動力大三軸試驗來進行驗證。加筋粗粒土靜力大三軸試驗結果表明加筋粗粒土的加固效果可利用“等效附加圍壓原理”進行解釋，加筋效果與加筋材料強度、土體填料密實度、加筋層數和圍壓等因素有關。加筋粗粒土動力大三軸試驗結果加筋粗粒土與素粗粒土的殘余變形的發展規律基本一致，加筋可抑制粗粒料的殘余剪切變形和殘余體積變形。

關鍵詞：土石壩；加筋；三軸試驗

中圖分類號： TU44 文獻標識碼： A 文章編號： 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

國內外有很多高度超過100米的高土石壩建在基本烈度為7度以上地震區，如前蘇聯壩高為335米的的羅貢壩、美國壩高為234米的的渥洛維爾壩、中國的紫坪鋪、長河壩和糯扎渡壩等。由于“鞭梢效應”，高土石壩的壩頂區域地震反應最為強烈，也最容易破壞，強震可能會造成土石壩損壞、喪失使用功能甚至發生潰壩，因此，對高土石壩采取必要的抗震加固措施意義重大。壩頂加筋是一種經濟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，減小土石壩的壩頂地震永久變形，保證土石壩的安全穩定。

1 加筋粗粒土靜力大三軸試驗研究

壩頂加筋抗震加固措施的效果可利用靜動力大三軸試驗來進行驗證[1-8]。在加筋土的靜力三軸試驗中，加筋土與未加筋土的強度曲線大致平行，加筋土的力學性能的改善只是增加了粘聚力，而土體的內摩擦角沒有變化，相當于對土體施加了等效圍壓，該試驗結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的研究成果，黃仙枝等[1]、徐望國等[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，分析了加筋對粗粒土應力應變關系及強度的影響，研究表明加筋效果與加筋材料強度、加筋層數和圍壓等因素有關，加筋填料的應力應變關系表現為應變硬化型，軸向應變較小（εa<1%）時，加筋效果不明顯，隨著軸向應變的逐漸增大，加筋的效果逐漸發揮；加筋后粗粒土破壞強度和破壞應變均得到提高，加筋粗粒土的強度服從“等效附加圍壓原理”。傅華等[4]開展了室內加筋堆石料的大三軸試驗，研究表明加筋的作用效果與加筋材料、土體材料密實度和加筋層數密切相關，加筋材料本身強度越高，土體材料密實度越高，加筋層數越多，筋層間距越小，加筋的效果就越明顯。

2 加筋粗粒土動力大三軸試驗研究

動三軸試驗[9-15]主要目的是為了揭示動力條件下加筋土的動力響應和殘余變形的研究，得到建立加筋土復合體的動力本構模型所需的參數。Maher等[9]對隨機分布纖維加筋砂土利用共振柱試驗測量其動力反應，得到加筋土結構具有較好的抗震性的結論。楊帥東[10]研究了在不同加筋材料、不同加筋層數、不同圍壓、不同固結應力比條件下的加筋土的動彈性模量變化規律，并與素土試樣試驗結果進行對比。研究表明加筋土的動彈性模量隨圍壓和固結應力比的增加而增大，窗紗加筋試樣的最大動模量相比素土的有了較大的提高，并隨著加筋層數的增加而增大，土工布加筋土試樣最大動彈模量與素土的相比趨勢不明顯。鄒德高（下轉第158頁）（上接第191頁）等[11]利用動三軸試驗研究了筑壩沙礫料加筋后砂礫料殘余變形與振動次數的關系，采用改進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結果，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的沈珠江模型描述，加筋后的模型參數明顯降低。劉漢龍等[12]利用動三軸試驗探討了圍壓、循環荷載條件及加筋間距等對加筋堆石料動殘余變形的影響，試驗結果表明在循環荷載作用下，加筋堆石料與素堆石料的殘余變形的發展規律基本一致，但加筋后堆石料的殘余變形變小，且隨加筋層數增加殘余變形的降低愈明顯。

3 結論

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

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

（3）加筋粗粒土動力大三軸試驗結果表明在動荷載作用下，加筋粗粒土與素粗粒土的殘余變形的發展規律基本一致，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，加筋粗粒土的動彈性模量隨圍壓和固結應力比的增加而增大。

【參考文獻】

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