土工合成材料加筋土抗剪作用的试验研究.pdf

水利学报
2005年5月SHUILIXUEBAO第36卷第5期
文章编号:0559-9350(2005)05-0555-08

土工合成材料加筋土抗剪作用的试验研究

1,211
魏红卫，喻泽红，邹银生

(1.湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082；2.中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075)

摘要：本文通过4种用合成材料加筋的土体直剪试验，研究了加筋层数、筋材拉伸模量、土体压实度以及竖向压力
等对加筋土体抗剪强度和应力-应变特性的影响。试验结果表明：加筋改变了土体的应力-应变特性，峰值抗剪强
度增高，峰值后的残余强度较峰值强度的降低幅度减小，且达到峰值强度的剪切位移增大，土体延性提高。筋材
拉伸模量过低时，加筋对土体的强度和应力-应变特性影响不大，加筋体的性质与素土接近。随加筋层数和筋材拉
伸模量的增大，加筋体强度提高；竖向压力较低时，加筋体残余强度较其峰值强度提高幅度更明显，而竖向压力
较高时，加筋体残余强度和峰值强度的提高幅度都相对较小；低压实度的加筋土体，峰值强度提高幅度相对较大，
而高压实度的加筋土体，残余强度提高的幅度则较大。
关键词：土工合成材料；加筋土；直剪试验；抗剪强度；应力应变
中图分类号：U213.1文献标识码：A

极限平衡方法在加筋边坡稳定分析中已有广泛应用[1～7]。在计算中筋材与土的摩擦系数是确定筋材作
用力的必要参数[8]，通常依据筋材与土的界面直剪试验或拉拔试验来测定。界面直剪试验用于研究不同加
筋材料和不同土体的界面特性，由于没有反映加筋土中筋材的抗拉作用，不能模拟加筋土的抗剪特性。然
而，加筋后边坡土体所具有的抗剪强度是直接关系到加筋边坡稳定的重要指标，因此仅有筋材与土的界面
直剪试验是不够的。根据文献[9]的加筋路堤边坡应力应变和破坏模式的有限元分析，加筋后边坡内应力、
应变重新分布，破坏模式也与原素土边坡明显不同。因此，根据加筋边坡土体的剪切状态，研究筋材与剪
切方向呈一定角度(相交)时，加筋复合体的抗剪强度和应力-应变特性，这对分析加筋边坡的稳定和变形
是有益的。本文结合实际工程，选择南方地区分布广泛的含砂低液限粉土作为试验土样，用4种不同的土
工合成材料作为筋材，通过抗剪作用直剪试验分别研究筋材拉伸模量、加筋密度、土的压实度以及竖向压
力等参数对加筋土的抗剪强度及其应力-应变特性的影响。

1试验方法

1.1加筋土的抗剪作用试验原理图1(a)为加筋边坡假定滑移面上加筋土体的受力状态，筋材的铺设
方向与土体剪切方向呈某一角度(相交)，图1(b)为滑动剪切带内筋材与土体共同作用抵抗剪切变形。加筋
土体的抗剪作用决定于土体的强度、筋材的抗拉作用以及筋材与土体间力的传递，因此，可通过图2(b)所
示的直剪试验研究加筋土体的抗剪特性。图2(a)为筋材与土界面特性的直剪试验示意图，筋材平铺在剪切
面上，用于研究筋材与土体的界面摩擦性质，其中没有反映加筋土中筋材的抗拉作用，试验结果仅为界面
强度，其值通常低于素土强度。

1.2试验材料土样选用工程现场含砂低液限粉土，按文献[10]的规程采集土样，测定其物理性质指

收稿日期：2004-04-12
作者简介：魏红卫(1966-)，男，河南汝州人，博士，从事结构与土共同作用和加筋土方面的研究。
E-mail:[e-mail]

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标，结果见表1和表2。

图1边坡剪切破坏带内加筋土体的抗剪作用

图2加筋土试件的直剪试验(单位：cm)

表1土的颗粒组成

粒径/mm2～11～0.50.5～0.250.25～0.10.1～0.0740.074～0.002<0.002
颗粒组成(%)6.28.315.830.615.222.11.8

表2土的物理性质指标

含水量(%)密度/(g/cm3)比重孔隙比饱和度(%)孔隙率(%)塑性指数最佳含水量(%)最大干密度/(g/cm3)
22.81.782.700.8671.646.21413.51.88

加筋材料选用见表3。厂家通常仅提供加筋材料的抗拉强度和伸长率，一般没有具体的拉伸模量。本
文按公路土工合成材料试验规程进行拉伸试验，根据筋材的拉力-伸长曲线，采用作图法确定拉伸模量[11,12]；
同时，考虑到土工试验规程规定的直剪试验最大剪切位移量为试样直径的10%，筋材与剪切面垂直铺设时，
15cm高的加筋试件中筋材延伸率应在2%左右，因此，特别记录了各种筋材拉伸试验中伸长率2%时的拉力，

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拉伸试验结果见表3。

表3加筋材料的拉伸试验结果

纵向横向
加筋
抗拉强度延伸率2%延伸率的拉拉伸模量抗拉强度延伸率2%延