含水率对加筋喷播土壤耦合力学特性影响研究

刘连肖， 洪 波， 董文彬， 孙钟野, 宋万里， 宋 霞

(1.中国海洋大学工程学院，山东 青岛 266100； 2.中国海洋大学环境科学与工程学院，山东 青岛 266100； 3.江苏盛立环保工程有限公司山东分公司，山东 青岛 266071； 4.威海市交通管理局，山东 威海 264200； 5.山东交通职业学院，山东 潍坊 261000)

含水率对加筋喷播土壤耦合力学特性影响研究

刘连肖1， 洪 波2❋， 董文彬3， 孙钟野2, 宋万里4， 宋 霞5

(1.中国海洋大学工程学院，山东 青岛 266100； 2.中国海洋大学环境科学与工程学院，山东 青岛 266100； 3.江苏盛立环保工程有限公司山东分公司，山东 青岛 266071； 4.威海市交通管理局，山东 威海 264200； 5.山东交通职业学院，山东 潍坊 261000)

利用自制的拉拔仪器，通过麻绳加筋喷播土壤的力学测试，研究了含水率对麻绳-喷播土壤界面耦合力学特性的影响。该研究主要包括两组试验，第1组试验测试结构性破坏的喷播土壤力学特性；第2组试验测试保持结构性的喷播土壤的力学特性。结果表明：第1组试验中麻绳与喷播土壤耦合力学特性受含水率影响明显，随着含水率升高，麻绳拉拔强度呈线性减小，含水率对摩擦角的影响不明显，黏聚力随着含水率升高呈现指数式下降；第2组试验中麻绳与喷播土壤耦合力学特性受含水率影响同样明显，麻绳与喷播土壤作用的峰值强度和残余强度随含水率升高呈指数下降。

麻绳；喷播土壤；拉拔试验；含水率；强度

以客土喷播为形式的土壤重建和植被建植技术发展迅速，开始得到越来越普遍的应用，已有逐渐代替传统坡面工程防护构筑物的趋势[1]。在喷播技术中，为给植物营造稳定的生存环境，喷播土壤中添加了大量改善土壤特性的团粒剂、黏结剂以及促进植物生长的有机物质[2]。这导致了土壤抗剪强度普遍较低[3]，土壤结构易失稳。为此，在实际工程应用中，需对喷播土壤进行加筋处理，筋材作为喷播层的载体和固件，避免了客土发生脱落、滑移现象。

喷播土壤的加筋过程直接增加了土体的强度，这种强度的变化是由土壤与筋材界面的耦合力学特性决定的[4]。土体强度变化受土体和筋材的种类、结构以及含水率的影响。工程实践中，筋材基本不发生改变，土体的质地和结构一般也不会发生太大变化，然而在天然情况下，土体的含水率受到降水、蒸发、灌溉的影响，筋材-喷播土壤界面的耦合力学特性因含水率变化而发生变化[5]。目前，对筋-土界面特性的研究多以含水率为定值，研究不同筋材在相关土体中力学特性，如Hausmann等通过直剪试验和拉拔试验对拉伸土工格栅与粉煤灰的界面摩擦特性进行了研究；尹光志等通过拉拔试验研究了以加筋带和土工格栅为筋材，以有色金属铜矿的细粒尾矿为填料的界面作用特性；刘霖等通过直剪试验和拉拔试验研究了土工格栅与风积砂土的界面作用特性[6-8]。对不同含水率在筋-土界面影响的试验研究相对较少，涉及的加筋材料和土壤种类多样，如：彭淑君等研究了不同含水率下，土工网加筋黄土后的水敏感性；王生新等研究了不同含水率对麦秸秆加筋盐渍土的抗压强度和应力应变的变化规律；王培清等研究了不同含水量情况下，土工格栅加筋石灰改良膨胀土的抗剪强度和摩擦特性[9-11]。目前含水率对加筋喷播土壤的筋-土界面力学特性影响研究很少。喷播土壤作为一种结构性特殊、工程应用广泛的土壤，研究不同含水率条件下，筋材与喷播土壤界面耦合力学特性有助于理解喷播土壤加筋机制，为喷播工程设计、应用提供力学借鉴。

为此，本文利用自行设计制作的仪器设备，分别以结构破坏的喷播土壤和保持结构性的喷播土壤为填料，在不同的含水率条件下进行了多组筋材拉拔试验，研究喷播土壤加筋后界面耦合作用下的力学特性。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

本文试验所用土壤为青岛某边坡喷播用土，其有机质含量为6.3%，塑性指数为32.5%。其它指标如表1所示。试验采用筋材为麻绳，直径为2 mm，主要成分为黄麻纤维，麻绳试验长度为1 m。

表1 土壤主要物理性指标

注：D60为限制粒径；D10为有效粒径；Cu为不均匀系数；Cc为曲率系数。

Notes:D60 is the controlgrain size；D10 is the effective size；Cuis the coefficient of nonuniformity；Ccis the coefficient of curvature.

1.2 试验方法

本文主要设计两组试验，第1组试验目的是考察土壤结构破坏条件下，麻绳-喷播土壤界面力学特性；由于实际工程中喷播土壤主要位于结构表层，受重力影响较小，第2组试验，不考虑压应力对喷播土壤力学性质影响，添加团粒剂和黏结剂使试样产生结构性，考察麻绳-喷播土壤界面的力学特性。两组试验分别通过独立的试样制备方法和试验方式进行研究。

1.2.1 第1组试验

(1)试验原理 试验原理如图1所示，该试验装置主要由试验容器、加压杠杆、位移传感器、拉力传感器、数据采集卡和计算机组成，加压杠杆主要包括砝码、横梁、支撑架和加压杆。试验容器用于盛放喷播土样，其外径10 cm，内径9.5 cm，高度9.5 cm，侧面距底部对称布置直径2 cm的孔用于麻绳穿过。为保证土壤承受足够的垂向压力，试验容器上部配有厚度5 mm、直径9 cm能够在容器内上下自由移动的钢制圆板。加压杠杆主要作用是给试验容器提供压应力，由于采用了杠杆原理使得只需很小的力便可以实现足够大的压应力。拉力传感器、位移传感器、数据采集卡和计算机构成了一套完整的麻绳拉力和位移采集系统，其采样频率最高可达1 kHz。

试验时，需将盛装土样的试验容器固定于加压杠杆上，然后通过加压杠杆施加压应力；开启传感器和数据采集器，按照10 mm/min的速度拉动麻绳，数据采集系统将自动记录麻绳的拉力和位移。

图1 第1组试验力学测试原理图

(2)试样制备 首先在实验室，按照喷播土壤工程施工配置方式，在土壤中添加团粒剂、黏结剂以及有机物，配置含水率为60%的喷播土壤土料，然后将土料在实验室塑料箱内自然风干，不断将固结的土壤碾碎，并测试含水率，当土壤的含水率不再变化，此时含水率为4%，认为喷播土壤已自然干燥，团粒剂和黏结剂产生的结构性消失。

填装试样过程:

(a)填装试样前，用凡士林将试验容器侧壁进行润滑，填装试样时，先称取一半土样放入模具，抚平表面。

(b)李建等对波形和直线形纤维拉拔试验研究中指出了“齿峰”对试验的影响[12]，为减小前段麻绳对其后麻绳的影响，并增加试验时接触面的作用力，在麻绳的一端打节并拉紧，打节方式为“半节”，经测量打节处麻绳直径约为拉直时直径的三倍。将绳子打节一端通过孔洞后，将绳节紧置于筒内侧，另一端拉直后穿过另一孔洞连接到拉力传感器夹具上。

(c)加入另一半土壤，抚平表面，将钢制圆板平压在土壤上。

依据上述方法，通过添加蒸馏水的方式，本文共制备含水率为4%、15%和30%的3组样品，每组3个试样，共计9个试样，其中压应力的荷载条件如表2所示。

表2 载荷条件

1.2.2 第2组试验

(1)试验原理 在第1组试验基础上舍弃了加压杠杆，同时为有利于试样制备，将试验容器调整为PVC材质的圆柱形开口管，其长度为20 cm，内径为7 cm，开口管周围均匀布有圆孔以方便土壤水分排出，如图2所示。

图2 第2组试验力学测试原理图

试验时将填装喷播土壤的试验容器卡在固定挡板后，按照第1组试验操作流程进行试验。

(2)试样制备 将与第1组试验同批次配置的喷播土壤土料(含水率60%)，装入塑料袋内密封养护2 d，使土料中水分分布均匀。

填装试样过程:

(a)将麻绳拉直穿过圆柱容器的轴心,麻绳一端打节(如第1组试验麻绳打节方式)，绳结置于开孔管底面内侧，麻绳拉直；

(b)将喷播土壤填入用凡士林润滑侧壁的模具中，直至填满；

(c)将圆柱形容器两端用保鲜膜覆盖，放置于阴凉处，使试样水分经过圆孔排出，自然风干；

按照上述方式，制成相同规格样品8组，每隔2天进行一组土料拉拔试验，试验结束后立即测定其含水率，记录相关结果。

2 试验结果分析

2.1 第1组试验结果分析

图3给出了不同含水率下，压应力对麻绳与喷播土壤之间拉力与拉拔位移影响曲线。从图中可以看出3组试验曲线总体上具有一致性，即随着麻绳位移的增加，拉力从0逐渐增加，当达到峰值后，拉力则逐渐下降，残余强度不明显，绳结被拉出时，拉力几乎为0，麻绳继续被拉拔，拉力测量值不再发生变化。图中展现的另外一个趋势是相同含水率条件下，随着施加压力增加，拉力峰值也普遍增加。而在相同载荷下，随着含水率增加，拉力不断减小，以58.44 kPa为例，可以看出4%、15%、30%含水率下，麻绳所受的最大拉力分别为70、64和56 N，其它两组试验同样表现出相同的变化趋势。为进一步分析含水率与压应力对麻绳与喷播土壤耦合作用影响，将试验数据进行进一步的整理与分析。

麻绳的绳结可作为3 mm的球形，剩余段麻绳作为9.4 cm、半径1 mm的圆柱，则对应的麻绳-土壤界面实际接触面积为7.03 cm2。考虑到相对于麻绳的直径(2 mm)，试验容器的宽度足够大(内径为9.5 cm)，麻绳对土壤的拉力可视为对喷播土壤的剪切力。为便于对比，图4给出了土壤不同压应力下，剪切强度与含水率及线性拟合曲线，图5给出了土壤在不同含水率下，压应力与剪切强度及线性拟合的曲线。

图3 不同含水率条件下，拉力与拉拔位移关系曲线

图4 不同压应力条件下，剪切强度与含水率关系曲线

图5 不同含水率条件下，剪切强度与压应力关系曲线

从图4可以看出同一压应力下，随着含水率升高，麻绳-土壤界面的剪切强度下降，在各级压力下，有线性下降的趋势。如，在58.44 kPa载荷作用下，剪切强度从自然干燥状态下的99 kPa，下降到含水率为30%的79 kPa。

从图5可以看出，同一含水率的土壤，麻绳-土壤界面的剪切强度与压应力成正比，两者间剪切强度随着压应力增加而增加。这一现象充分反映了土壤压硬性的基本特性。随着压应力增加，土颗粒受到挤压而密实，土粒间的咬合力以及土粒对麻绳的咬合力增大，这也是土壤压硬性特性的基本反映。麻绳和土壤界面的力学特性说明相同含水率情况下，增加喷播土壤的密实度有助于提高喷播土壤的稳定性。

虽然随着压应力增加，麻绳-土壤界面的剪切强度也是增加的，但分析曲线规律可见，图5中不同含水率下强度变化曲线几乎是平行的，即曲线的斜率是一致的。将试验中的强度变化趋势采用摩尔-库伦强度准则[13](式1)表达，则可以看出，含水率对麻绳-土壤之间的摩擦角影响较小，对黏聚力影响较大。由此可认为含水率变化改变了麻绳-土壤界面的结构性。

τf=σtgφ+c。

(1)

式中：τf为剪切强度；σ为剪切面上的压压力；tgφ为界面摩擦系数；φ为摩擦角；c为黏聚力。

将图5的试验曲线，延伸至纵坐标，取其与纵坐标交点，则为麻绳-土壤黏聚力(见图6)。分析黏聚力与含水率的相关关系可知，随着含水率增加，黏聚力不断减小，且这种变化规律呈现指数关系。

2.2 第2组试验结果分析

图7为保持喷播土壤结构性条件下，在不同含水率时，麻绳-土壤界面拉力与麻绳位移的关系曲线。从图可以看出，随着麻绳位移增加，拉力快速上升到峰值，后逐渐下降，麻绳绳结移动到开孔管中段位置时，拉力继续下降，逐渐达到稳定值。与第1组试验拉力变化曲线不同的是，第2组试验拉力峰值过后，仍然具有一定的强度，可称为残余强度。为分析含水率对峰值强度与残余强度的影响，取每个试验的典型峰值强度和典型残余强度，将含水率纳入其中，从而得出峰值强度、残余强度与含水率之间的关系曲线，如图8所示。

图6 黏聚力与含水率关系曲线

图7 不同含水率条件下，拉力与拉拔位移关系曲线

图8 峰值强度、残余强度与含水率关系曲线

从图7中可以明显看出，峰值强度与残余强度对喷播土壤含水率具有明显的敏感性，并且随着含水率变化呈现递减变化，这与第1组试验喷播土壤随含水率变化趋势具有一致性。从图8中可以看出峰值强度、残余强度与含水率变化的关系符合指数变化规律，因此可用式2来表示：

τ=∂xβ。

(2)

式中:τ为峰值强度；x为含水率；∂为系数；β为幂系数。通过式2得到峰值强度和残余强度的拟合参数分别为：τ1=427 65x-1.933、τ2=280 279x-2.707。

3 讨论

岩土材料一般是由不同粒径构成的3相颗粒材料，具有压硬性、剪胀性、摩擦性及结构性特点。常规饱和岩土材料的强度可用摩尔-库伦准则来描述，但由于非饱和土中基质吸力的存在，土的强度特性往往表现出与含水率具有相关性。随着土体含水率升高，土壤孔隙中水分增加，毛细效应减少，基质吸力不断减小。作为黏聚力的重要组成部分，基质吸力的减小导致了麻绳-喷播土壤的剪切力不断减小[14-16]。申春妮等[17]对粉质壤土研究结果表明黏聚力随着含水率增加线性减小。黄琨等[5]对粉砂土的试验结果显示黏聚力随着含水率呈线性关系下降，含水率主要降低土的黏聚力。而缪林昌、姜献民等[18-19]则认为重塑膨胀土的黏聚力与含水率呈现对数关系。梁斌等[20]通过对不同含水率的重塑红黏土的直剪试验发现，黏聚力随含水率增加到一定值后开始下降。上述学者的试验研究结果表明含水率对土体强度的影响具有普遍性。在理论方面，Bishop和Fredlund等[14-15]基于摩尔-库伦的强度准则认为土的强度由凝聚力、外力产生的摩擦强度及吸力所产生的内摩擦强度(表观凝聚力)构成，卢肇钧等[16]认为常规试验方法测得的凝聚力实际包含真凝聚力和各种不同的表观凝聚力，并在Bishop和Fredlund上述基础上，将含水率纳入表观凝聚力中，并提出了以膨胀压力为基础的吸附强度理论，表观凝聚力可用含水率的幂函数描述，从理论上将含水率对土体强度的影响。

τf=c+(∂-ua)tgφ+mPstgφ,

(3)

ps=Aωλ。

(4)

式中:ua为空隙气压力；m为膨胀力的有效系数；Ps体积不变条件下浸水测定的非饱和土的膨胀力；ω为含水率；A,λ为土的参数，可通过测定多组土的膨胀力和含水率回归拟合获得。

上述为含水率对土体强度特性的关系，实际上加筋材料与土的黏聚力受到含水率的影响，如：王培清等[11]对土体与土工格栅界面抗剪强度与摩擦特性研究中指出土体含水率接近最优含水率时，黏聚力较大，低于最优含水率的土体，随着含水率的增加，筋土间的黏聚力呈明显增加的线性关系，超过最优含水率时，随着含水率的增加，黏聚力呈明显减小趋势；植物根系作用在土壤中，相当于加筋土中的加筋材料，胡宁等[21]在根/土复合体研究中，指出一定范围内，黏聚力随着含水率先上升后下降。

本文试验结果表明：喷播土壤在第1组试验条件下，含水率对其强度的影响主要作用在黏聚力上，黏聚力随着含水率呈指数变化；喷播土壤在第2组试验条件下，峰值强度和残余强度均呈现指数变化，这同时代表黏聚力呈指数变化。这种试验结果与某些土的强度试验结果具有相似性，特别指出的是在理论方面，本试验结果卢肇钧提出的土吸附强度理论中黏聚力变化规律一致，而与加筋材料-土相互作用试验结果明显不同。分析其主要原因可能是与麻绳的性质有关，本试验所用麻绳表面粗糙不平，股与股之间形成很多凹槽和凸起，麻绳表面微观形态和凹凸性类似于土颗粒的性质，麻绳在喷播土壤的拉拔试验，可看作将土颗粒(麻绳)掺杂在喷播土壤中进行拉拔，而聚乙烯和小叶锦鸡儿直根均不具有麻绳的上述性质。

现有的研究表明[17]粉质壤土摩擦角随着含水率线性减小，但不如黏聚力减小幅度明显；砂土内摩擦角随含水率的变化规律为先增大后减小，变化幅度不大[22]；非饱和粉砂土的摩擦角随含水率增加而下降，变化不大[5]；岩溶地区黄壤土内摩擦角在各干密度条件下随含水率增加表现出明显的减小趋势[23]。上述表明含水率对不同土壤摩擦角的影响差异较大，与土壤的种类、物理性质密切相关。在第1组试验中，含水率对摩擦角的影响不明显。卢肇钧等[24]通过大量试验总结，非饱和土的内摩擦角主要取决于土的矿物成分。摩擦角是由喷播土壤和麻绳的特性所共同决定的，含水率对麻绳和喷播土壤随矿物质成分影响很小，这也表明摩擦角影响不明显的结论是合理的。

4 结论

本文利用自行设计的试验装置，研究了麻绳与喷播土壤之间力学特性。并取得了以下结论：

(1)对于添加剂失效、结构破坏的喷播土壤，含水率对界面强度影响主要体现在对黏聚力的影响，对摩擦角影响几乎为0；随着含水率增加，黏聚力不断减小，且这种变化规律几乎呈指数关系。

(2)对于添加剂有效、结构未破坏的喷播土壤,含水率对麻绳-土壤界面峰值强度和残余强度影响均呈现幂函数递减趋势变化。含水率对强度的影响主要体现在吸力所产生的内摩擦强度。

[1] 冯美军, 洪波, 等. 公路边坡生态恢复及防护技术[M]. 青岛： 中国海洋大学出版社, 2014. Feng Mei-jun, Hong Bo, et al. Ecological Recovery and Protection Technology of Highway side slope[M]. Qingdao: Publishing House of Ocean University of China, 2012.

[2] 王晓东, 刘晔, 王晓春. 边坡绿化喷播技术应用[J]. 公路, 2000(4): 46-49. Wang Xiaodong, Liu Ye, Wang Xiaochun. Slope greening spraying technology application[J]. Highway, 2000(4): 46-49.

[3] Ohu J O, Mamman E, Mustapha A A. Impact of organic material incorporation with soil in relation to their shear strength and water properties[J]. Int Agrophysics, 2009, 23: 155-162.

[4] 吴景海. 土工合成材料界面作用特性的拉拔试验研究[J]. 岩土力学, 2006(4): 581-585. Wu Jinghai. Study on interaction characteristics between geosynthetics and fill materials by pull out tests[J]. Rocks and Soil Mechanics, 2006(4): 581-585.

[5] 黄琨, 万军伟, 陈刚, 等. 非饱和土的抗剪强度与含水率关系的试验研究[J]. 岩土力学, 2012, 33(9): 2600-2604. Huang Kun, Wang Junwei, Chen Gang, et al. Testing study of relationship between water content and shear strength of unsaturated soils[J]. Rock and Soil Mechanics, 2012, 33(9): 2600-2604.

[6] Hausmann M R, Clarke J. Fly ash-geosynthetic interaction[C]. Proceedings of 5th International Conference on Geosynthetics. Singapore: SEAC-IGS, 1994: 433-436.

[7] 尹光志, 张东明, 魏作安, 等. 土工合成材料与细粒尾矿界面作用特性的试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2004(3): 426-429. Yin Guangzhi, Zhang Dongming, Wei Zuoan, et al. Testing study on interaction characteristics between fine carined tailings and geosynthetics[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2004(3): 426-429.

[8] 刘霖, 李桂英, 李驰. 土工格栅与风积砂土界面作用特性的试验研究[J]. 内蒙古公路与运输, 2003(1): 4-6. Liu Lin, Li Guiying, Li Chi. Experiment research on function characteristics of geogrid and anemoarenyte[J]. Highways & Transportation in Inner Mongolia, 2003(1): 4-6.

[9] 彭淑君, 谢婉丽, 马闫, 等. 含水率对不同加筋方式黄土强度的影响[J]. 水土保持通报, 2013(4): 275-278. Peng Shujun, Xie Wanli, Ma Yan, et al. Influence of mositure content on strength of loess with different reinforcements[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2013(4): 275-278.

[10] 王生新, 柴寿喜, 王晓燕. 加筋条件和含水率对加筋土抗压强度和应力应变的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2011(3): 784-790. Wang Shengxin, Cai Shouxi, Wang Xiaoyan. Effect of reinforcement condition and water content on compressive strength and stress-strain of compaction soil with Wheat Straw[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2011(3): 784-790.

[11] 王培清, 王保田, 陈西安. 不同含水率对筋土界面抗剪强度的影响[J]. 施工技术, 2007(8): 86-89. Wang Peiqing, Wang Baotian, Chen Xian. Effect on shear strength between geogrid and soil of different water content[J]. Construction Technology, 2007(8): 86-89.

[12] 李建, 唐朝生, 王德银, 等. 基于单根纤维拉拔试验的波形纤维加筋土界面强度研究[J]. 岩土工程学报, 2014, 36(9): 1696-1704. LI Jian, Tang Chaosheng, Wang Deyin, Shi Bin, Pei Xiangjun. Single fiber pullout tests on interfacial shear strength of wave-shape fiber-reinforced soils[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2014, 36(9): 1696-1704.

[13] 唐大雄,刘佑荣，张方殊等. 工程岩土学[M]. 北京： 地质出版社, 1999. Tang Daxiong LiuY, et al. Rock and Soil Engineering[M], Beijing: Geology Publishing House, 1999.

[14] Bishop A W, A lpan I, Blight G E, et al. Factors controlling the strength of partlg saturated cohesive soils[C]. Research Conference on Shear Strength of Cohesive Soils. [s.l.]: ASCE, 1960: 503-532.

[15] Fredlund D G, Morgenstern N R, Widger R A. The shear strength of unsaturated soils[J]. Canadian Geotechnical Journal, 1978, 15(3): 313-321.

[16] 卢肇钧, 吴肖茗, 孙玉珍, 等. 膨胀力在非饱和土强度理论中的作用[J]. 岩土工程学报, 1997, 19(5): 22-29. Lu Zhaojun, Wu Xiaoming, Sun Yuzhen, et al. The role of swelling pressure in the shearstrength theory of unsaturated soils[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 1997, 19(5): 22-29.

[17] 申春妮, 方祥位, 王和文, 孙树国, 郭剑峰. 吸力、含水率和干密度对重塑非饱和土抗剪强度影响研究[J]. 岩土力学, 2009(5): 1347-1351. Shen Chunni, Fang Xiangwei, Wang Hewen, Sun Shuguo, Guo Jian-feng. Research on effects of suction, water content and dry density on shear strength of remolded unsaturated soils[J]. Rock and Soil Mechanics, 2009(5): 1347-1351.

[18] 缪林昌, 仲晓晨, 殷宗泽. 膨胀土的强度与含水量的关系[J]. 岩土力学, 1999(2): 71-75. Miao Linchang, Zhong Xiaochen, Yin Zonze. The relationship between strength and water content of expansive soil[J]. Rock and Soil Mechanics, 1999(2): 71-75.

[19] 姜献民, 尹利华, 张留俊. 膨胀土强度与含水量关系研究[J]. 公路, 2008(9): 127-129. Jiang Xian-min, Yin Li-hua, Zhang Liu-jun. Study on the relationship between the expansive soil strength with water content[J]. Highway, 2008(9): 127-129.

[20] 梁斌, 莫凯. 不同含水率下重塑红黏土抗剪强度特性的研究[J]. 山西建筑, 2010(4): 101-102. Liang Bin, Mo Kai. Research on remodelling red clay's shear strength with different moisture ratio[J]. Shanxi Architecture, 2010(4): 101-102.

[21] 胡宁, 刘静, 张永亮, 等. 含水率对2种沙土根-土复合体残余强度的影响[J]. 江苏农业科学, 2013, 12: 337-340. Hu Ning, Liu Jing, Zhang Yongliang, et al. The moisture content influence on two kinds of sand root -grain complex[J]. 2013, 12: 337-340.

[22] 范智杰, 屈建军, 周焕. 沙土内摩擦角与粒径, 含水率及天然坡角的关系[J]. 中国沙漠, 2015(2): 301-305. Fang Zhijie, Qu Jianjun, Zhou Huan. The relationship between sand particle internal friction angle and particle size, water content and slope angle[J]. Journal of Desert Research, 2015(2): 301-305.

[23] 倪九派, 袁天泽, 高明, 等. 土壤干密度和含水率对2种紫色土抗剪强度的影响[J]. 水土保持学报, 2012(3): 72-77. Ni Jiu-pai, Yuan Tian-ze. Gao Ming, et al. Effect of soil water content and dry density on soil shearing strength for calcareous purple soil and neutral purple soil[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2012(3): 72-77.

[24] 卢肇钧. 非饱和土抗剪强度的探索研究[J]. 中国铁道科学, 1999(2): 12-18. Lu Zhaojun. Exploration on the suctional shear strength of unsaturated soils[J]. China Railway Science, 1999(2): 12-18.

责任编辑 庞 旻

Study on Influence of Moisture Content on Coupling Mechanical Properties of Reinforced Sprayed-Soil

LIU Lian-Xiao1, HONG Bo2, DONG Wen-Bin3, SUN Zhong-Ye2, SONG Wan-Li4, SONG Xia5

(1.College of Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2.College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 3.Shandong Branch Company of Jiangsu Shengli Environmental Engineering Co., Ltd., Qingdao 266071, China; 4.Weihai City Traffic Administration, Weihai 264200, China; 5.Shandong Transport Vocational College, Weifang 261000, China)

On the basis of a self-designed tensile equipment, a series of mechanical experiments were carried out on sprayed-soil reinforced with geotechnical cord to study influence of moisture content on coupling mechanical properties of cord-soil interface. The study mainly include two groups of experiments, one group focusing on mechanical properties of disturbed sprayed-soil and the other on mechanical properties of undisturbed sprayed-soil. Experimental results show that for the disturbed group, moisture content has a significant influence on the coupling mechanical properties of cord-soil interface, and with the increasing of moisture content, tensile strength along the cord decreases linearly; variation of moisture content exerts an insignificant influence on frictional angle, while cohesive force decreases exponentially with the increasing of moisture content. For the undisturbed soil, variation of moisture content also exerts the same significant influence on the coupling mechanical properties; peak strength and residual strength of cord-soil interface decline exponentially with the increasing of moisture content.

hemp rope; sprayed-soil; tensile experiment; moisture content; strength

2016-03-29；

2016-07-20 作者简介：刘连肖(1992-)，男，硕士生。E-mail：178820607@qq.com

TU411

A

1672-5174(2017)03-110-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20160095

刘连肖， 洪波， 董文彬, 等. 含水率对加筋喷播土壤耦合力学特性影响研究[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2017, 47(3): 110-116.

LIU Lian-Xiao, HONG Bo, DONG Wen-Bin, et al. Study on influence of moisture content on coupling mechanical properties of reinforced sprayed-soil[J]. Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(3): 110-116.

* 通讯作者：E-mail: hdhongbo@163.com