土工布拉拔摩擦作用下本構模型構建研究

任澤棟　王璐

摘要：土工布是坡面生態防護工程中的重要材料，為探究其與上下墊層材料之間的拉拔力學本構關系，通過土工布拉拔力學性能試驗，對豎向應力σ_z=25～100 kPa的多種不同豎向荷載條件下的土工布拉拔摩擦試驗開展研究，推導構建了雙曲線型的土工布拉拔摩擦本構模型。結果表明：土工布在坡面粉土接觸作用下的拉拔摩擦強度-拉拔位移關系曲線τ-μ具有典型的非線性特征，試驗數據構建的雙曲線型本構模型能夠較好地反映其非線性力學特性。

關鍵詞：土工布； 拉拔力學特性； 摩擦作用； 本構模型

中圖法分類號：TU41

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.12.012

文章編號：1006-0081（2023）12-0072-04

0引言

土工布兼具造價低、易透水、協調能力好、易反濾、施工便利等一系列優點，在水庫、河道、抽水蓄能電站等水利水電工程，尤其是土質邊坡坡面生態防護工程中得到廣泛應用［1-3］。

土工布生態防護結構由下部耕植土、防護層、上部耕植土3個部分組成，土工布與上下接觸材料之間存在拉拔摩擦關系。在坡面生態防護工程實踐中，由于基礎差異沉降，土工布因3層材料變形不協調，而導致其與上、下部的接觸材料之間發生拉拔摩擦位移，這種拉拔摩擦位移不斷積聚使土工布局部產生“夾具效應”，張拉變形不斷增大直至破壞［4-6］。部分學者對土工布及其接觸材料之間的力學特性做了研究，但有關本構模型構建方面的探究相對較少［7-9］。坡面生態防護工程中，土工布嵌入土體內部，土工布與土體之間的拉拔力學特性對坡面防護效果及邊坡淺表層穩定至關重要［10-11］，開展土工布及坡面土體間的拉拔力學特性研究十分必要。

1試驗設備及原理

1.1試驗設備

土工布拉拔試驗設備如圖1中所示，該設備主要

由拉拔模塊、豎向加載模塊、數據記錄模塊等3個部

分組成。土工布拉拔模塊由上、下兩個試驗盒組成，試驗盒內放置土工布上保護層和下墊層材料，二者中間放置土工布。試驗過程中對土工布施加拉拔位移，使得土工布與其接觸材料之間發生拉拔摩擦。豎向加載模塊向土工布上保護層施加豎向荷載σz，以此模擬工程中的荷載作用。數據記錄方面，試驗過程中的傳感器主要用于記錄土工布的拉拔摩擦力F及拉拔位移μ。

1.2試驗原理

2土工布拉拔摩擦本構模型構建

2.1試驗方案及試驗結果

2.2拉拔摩擦本構模型構建

3結論

本文對坡面生態防護土工布與其接觸的粉土之間的拉拔摩擦受力特點進行分析，指出了土工布及其兩側接觸土體的作用機理。詳細介紹了土工布拉拔儀試驗設備及其試驗原理，利用土工布拉拔儀對不同豎向荷載作用下的土工布與其接觸面之間的力學特性進行了試驗研究，并就σz=25～100 kPa的多種覆土壓力條件下，土工布拉拔摩擦τ-μ曲線做了對比，結果顯示土工布在坡面粉土接觸作用下的τ-μ具有典型的非線性特征。隨著拉拔位移的增大，拉拔摩擦強度同步增大，但增速不斷減緩并趨于穩定。試驗結果驗證了本文所推導的土工布在接觸拉拔摩擦作用下的雙曲線本構模型能夠較好地反映土工布與坡面土體間的非線性力學特征，可為相關力學特性研究提供參考。

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（編輯：唐湘茜，張爽）

Construction of constitutive model under pull-out friction of geotextile

REN Zedong WANG Lu

（1.China Renewable Energy Engineering Institute，Beijing 100120，China；

2.Beijing Municipal Bureau of Coordinated Administrative Law Enforcement for Urban Management，Beijing 100045，China）

Abstract：As an important material in slope ecological protection engineering，geotextile was used to investigate the tensile mechanical constitutive relationship between it and the upper and lower cushion materials.Through the tensile mechanical performance test of geotextile，the tensile friction test of geotextile under various vertical load conditions with a vertical stress of 25～100 kPa was studied，and a hyperbolic type of geotextile tensile friction constitutive model was derived and constructed.The results indicated that the tensile friction strength displacement relationship curve of geotextile under the contact effect of slope silt had typical non-linear characteristics，and the hyperbolic constitutive model constructed from experimental data can better reflect its non-linear mechanical characteristics.

Key words：geotextile； pull-out properties； friction； constitutive model