文摘

研究三维钢筋布置的影响行为的砾质砂,进行三轴测试标本与土工格栅板钢筋,土工格栅单元,一个两层土工格栅板和geocell组合。标本的直径100毫米,高200毫米的排水条件下剪切监控轴向的变化和体积压力与轴向加载不同围压下。结果表明,加固方案对改善土壤强度有不同的影响。包含两层土工格栅板和geocell钢筋可能增加明显的凝聚力和加筋土的摩擦。应力-应变关系可以用修改过的双曲线模型模拟,可以捕获的应变软化行为峰值强度后的标本。

1。介绍

砾质砂在岩土工程中得到了广泛的应用,如路面基材。作为一个未胶结的粒状材料,以最小的凝聚力,这样的土壤需要钢筋在许多情况下改善其性能(1- - - - - -7]。不同类型的强化机制在实践中已经被使用。大多数研究钢筋结构的应用研究一直集中在水平钢筋。江et al。8]研究了钢筋的力学性能粗粒度的土壤与六角强化网络通过大型三轴试验,发现粗粒度的强度和刚度加固后可以显著提高土壤。Abdelkader et al。9]探索土工布的影响钢筋的应力-应变和体积变化特点沙滩上通过三轴试验,发现土工布可以增加抗剪强度,减少样本的扩张。卡洛斯et al。10)长丝非织造织物作为增强材料,研究了钢筋对精密的影响土壤使用三轴测试。发现无纺织物提供土壤和增加额外的约束强度的标本。艾尔Subari et Al。11)进行砂固结不排水三轴试验钢筋与椰壳,发现添加椰壳加固钢筋砂的抗剪强度增加。Markou [12]研究粒子的形状和大小的影响geotextile-reinforced砂的力学性能,发现钢筋标本与角颗粒的强度高于圆形颗粒。陈等人。13)发现geogrid-reinforced粗粒度的泥岩变形的三轴剪切倾向于遵循应变硬化行为。金和哈14]研究了颗粒大小的影响直接剪切geogrid-reinforced粗粒度的土壤特点,发现土工格栅可以减少摩擦角的夹杂物的土壤,为土工格栅可以减少直接剪切条件下土壤颗粒之间的联锁。包等。15]研究geogrid-reinforced土壤的工作机制通过三轴试验和数值分析,指出加固的加固效果是由强化和土壤颗粒之间的界面约束。

纵向钢筋被用于多种形式提高包裹土壤的明显的粘性阻力,例如geosynthetic-encased石头列(16- - - - - -21与垂直钢筋[]或粘土22],geocell [23- - - - - -25]。拉莎和没吃26)对砂三轴测试执行与水平钢筋,钢筋geocells,随机分布的离散纤维和发现的细胞形式强化更有效提高砂的强度。歌等。27)进行了一系列大规模的三轴压缩试验在沙质土壤不同的相对密度与圆形geocell局限。作者发现的加固效果是更重要的比疏松砂岩致密砂在中等应变水平,和土工格室碎石垫层疏松砂岩显示了一个在大应变应变硬化行为的水平。geocell-soil复合材料的应力-应变关系遵循双曲线非线性模型。

研究水平的组合效应和横向钢筋,Zhang et al。28,29日]提出的概念H-V(复合)正交加强元素提供被动抵抗剪切。作者进行了一组全面的干砂三轴测试钢筋H-V正交和垂直元素。发现H-V正交强化元素的加入可以增加摩擦角略有效果,但明显的凝聚力。这是不同于发现包装可以增加石的表观凝聚力列(30.,31日),和水平钢筋可能增加表观凝聚力和摩擦角如果使用多个层32]。

现有研究表明,很少有研究的结合水平钢筋表和垂直强化细胞在土壤加固。3 d强化现有的研究一直集中在增援部队由镀锌、橡胶、有机玻璃(28,29日]。几乎没有研究土工格栅作为土壤的3 d钢筋。考虑这个问题,本文研究的影响包括横向和纵向钢筋在砾质砂的行为。土工格栅板和土工格栅细胞作为横向和纵向钢筋直径100毫米和200毫米高土壤标本。四个强化形式包括横向加固板的组合和垂直钢筋单元采用钢筋布置的测试来研究影响土壤的行为和强化层。三轴加载下的标本被剪切。轴向的变化和体积压力加载的标本被监控。提出一种修改双曲线模型描述应变软化行为的峰值强度后的标本。

2。材料和方法

2.1。使用的材料测试

土壤测试中使用的是一种分选良好的砾质砂在柳州买了从商业供应商,中国。土壤的粒度分布如图1。一致性系数(铜)是5.38和曲率系数(Cc)是1.16。根据统一的土壤分类系统(usc),土壤可分为分选良好的砂和砾石(SW)。谷物主要是角。土壤的干散货密度最大和最小18.21 kN / m³和15.97 kN / m³,分别。土壤颗粒的比重是2.67。双轴HDPE土工格栅网格大小的20毫米×20毫米作为增强材料。土工格栅的属性如表所示1。

执行的测试是在一个普遍循环三轴加载系统。加载系统有10 kN的最大轴向载荷能力。最大的围压和背压系统的都是2 MPa。

2.2。实验方案和程序

研究加强安排加固土行为的影响,三个加固方案中使用的测试:一层土工格栅广场表(对角线长度为100毫米,如图2(一个)),直径70毫米的土工格栅单元(图2 (b)),结合土工格栅单元和土工格栅板(图2 (c))。准备土工格栅单元、土工格栅条滚成一个环沿长度方向这两个细胞是重叠的。重叠的肋骨是与细钢丝如图。与环氧树脂粘结的重叠网格方法(14),这种方法更简单,更接近在实践中常用的方法。在强化组合布局,没有土工格栅板和土工格栅单元之间的联系。四个加固方案如图3进行了研究。此外,一组测试进行标本没有钢筋。

准备标本,5层的土壤被烘干的和压实内径100毫米和240毫米高可拆模。乳胶膜安装在可拆模并放入三轴装置的基座。多孔石光盘放置在基座上下雨前土壤压实的可拆模。根据代码设计的铁路地球结构(tb10001 - 2016),压实系数(土壤的密度比其最大密度)的铁路路基应大于0.97,这使最小相对密度为0.85,用于测试。实现这一价值,每一层压实与木材篡改30吹。一旦准备好样品,多孔石圆盘放在顶部的表面土壤柱在固定标本之前加载垫和删除可拆模。考虑所需的最小相对密度的标准,相对密度的影响没有进行测试。Skempton标本饱和B值为0.95时使用背压系统的三轴细胞。根据土工试验方法标准(GB / t50123 - 2019),对三轴压缩试验noncohesive粗粒度的土壤,剪切速率应该是0.1% /分钟,所以标本剪0.2毫米/分钟的速度达到15%的轴向应变。例如,加筋土结构通常是高20米或更高(33]。考虑到压力通常遇到,封闭压力测试设定在50 kPa, 75 kPa, 100 kPa。

3所示。测试结果

3.1。应力-应变曲线分析

钢筋的应力-应变曲线标本遵循相同的趋势的无钢筋标本,但更大的峰值抗剪强度如图4。土工格栅板的标本和一层钢筋格栅单元和一个剪切行为是相似的,这可能是重合的。标本结合3 d钢筋的最大峰值抗剪强度。这是因为嵌入水平土工格栅层会抑制土壤中剪切带的形成列和土工格栅的细胞能有效增加土壤颗粒的围压(30.]。水平和环细胞强化的组合会比使用更有效的方法。土工格栅的加固效果和土工格栅单元组合减少随着围压的增加。这是由于一个事实,即对密闭效应的贡献从土壤土工格栅细胞运动减少随着围压的增加。两层的强化相结合,强化效应并不减少随着围压的增加。这是因为土工格栅板的双层可能提供了更大的阻力在高围压土运动。这个数字还显示标本不会改变的弹性模量与强化。这是因为土工格栅与土之间的相互作用是最大化当土壤之间存在相对位移和增援。在测试的早期阶段,剪切位移太小,激活增强效果;因此,剪切行为的标本在低应变水平相似。 The strain level for the specimens to reach peak strength varies around 3%. This may suggest that the relative movement between soil particles still controls the strain at failure of the specimens.

图4显示,包括一层土工格栅板和一个土工格栅单元在改善土壤强度几乎是类似的。明显的凝聚力(c)和摩擦角( )标本的比较表2。结果表明,包括一层土工格栅板和土工格栅单元可以土壤表观凝聚力的两倍,但摩擦角增加约10%。包括一层的组合强化,中可以看到明显的凝聚力提高更大的影响。当包括2层组合增援,摩擦角和表观凝聚力可以改善土壤,分别约20%和300%。这表明多层组合的有效性,强化对土壤强度的改善。

3.2。体积应变分析

体积应变之间的关系和轴向应变ε₁砾石土标本的不同加固方案在不同围压图所示5。所有钢筋标本展出的扩张行为。包含的比较表明,强化,可以减少土壤的体积应变和体积应变的减少标本结合钢筋是最大的(大约30%)。再次和ε₁关系的标本与一层土工格栅板和一个土工格栅细胞是相似的。减少样品的体积应变是最大的两层的强化相结合。在到达峰值强度之前,也就是说,ε₁< 4%,膨胀的标本非常小(< 3%)。

4所示。钢筋砾石土应力应变关系

双曲线模型被广泛用于描述砂土的应变发展(34]。邓肯和常提出的模型35)是一个流行的模型,需要更少的参数:

三轴试验结果的改建 和ε₁空间图6。

它是发现的关系 和ε₁可以更好地描述一个抛物线函数,而不是一个线性函数:

与此同时,模型描述沈[提出的收缩和膨胀现象36]: 修改描述体积strain-axial在剪切应变的关系:

在这两个方程,一个,b,c,d,e拟合得到的参数吗 和ε₁, 和ε₁曲线,在Excel电子表格可以很容易完成。

的变化 与ε₁,ε₁与ε_v标本75 kPa的围压下的预测使用方程(2)和(4)比较测试结果图7。比较表明,该模型可以捕捉土壤的行为,尤其是postpeak应变软化行为。这不同于硬化行为预测与基于模型(35]。使用的模型参数曲线如表所示3。

5。结论

大量的三轴剪切试验已经进行砾质砂列(直径100毫米和200毫米高度)钢筋与土工格栅板、格栅单元,结合土工格栅板和细胞研究的影响标本的行为不同的加固方案。应力-应变关系和体积应变与轴向应变关系被监控测试。发现钢筋标本展览典型膨胀剪切行为。不同的加固方案有不同的影响强度的改善。提出一种改进的基于模型来描述应变软化的峰值强度后的标本。的膨胀体积应变可以用修改的描述(34)模型。基于有限数量的测试使用的加固方案,它是发现(1)包括土工格栅板、格栅单元或土工格栅板和细胞结合可以明显改善摩擦角和凝聚力的土壤。包括一层土工格栅板或土工格栅细胞类似在改善土壤强度参数。其中一层土工格栅板和土工格栅单元组合更有效提高表观凝聚力(235%)比改善摩擦角(5%)。包括两层土工格栅板层和土工格栅单元组合是有效改善表观凝聚力(300%)和摩擦角(20%)。(2)之间的关系 和ε₁可以更好地描述与抛物线函数,而不是一个线性函数。抛物线函数可以捕获的应变软化行为的峰值强度后的标本。

数据可用性

实验完成后,广西科技大学的支持,使用的数据来支持这项研究的结果可以从第一作者在获得合理的请求通过电子邮件:(电子邮件保护)。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这个项目是由中国国家自然科学基金(没有。41962017),自然科学基金在中国广西。2017 gxnsfaa198170)、高水平创新团队和优秀学者计划中国广西高等院校的博士基础广西科技大学(没有。03200009),广西大学中青年教师的基础科学研究项目(没有能力改善。的创新项目2020 ky08023),广西科技大学的研究生教育。收到福建省福建100人才计划的支持,中国赞赏。