加筋粗粒土静动力三轴试验的研究进展

李娟　徐敏

摘要：坝顶加筋是一种经济有效的高土石坝抗震加固措施，其效果可利用静动力大三轴试验来进行验证。加筋粗粒土静力大三轴试验结果表明加筋粗粒土的加固效果可利用“等效附加围压原理”进行解释，加筋效果与加筋材料强度、土体填料密实度、加筋层数和围压等因素有关。加筋粗粒土动力大三轴试验结果加筋粗粒土与素粗粒土的残余变形的发展规律基本一致，加筋可抑制粗粒料的残余剪切变形和残余体积变形。

关键词：土石坝；加筋；三轴试验

中图分类号： TU44 文献标识码： A 文章编号： 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

国内外有很多高度超过100米的高土石坝建在基本烈度为7度以上地震区，如前苏联坝高为335米的的罗贡坝、美国坝高为234米的的渥洛维尔坝、中国的紫坪铺、长河坝和糯扎渡坝等。由于“鞭梢效应”，高土石坝的坝顶区域地震反应最为强烈，也最容易破坏，强震可能会造成土石坝损坏、丧失使用功能甚至发生溃坝，因此，对高土石坝采取必要的抗震加固措施意义重大。坝顶加筋是一种经济有效的土石坝抗震加固措施，通过在坝顶筑坝材料中水平铺设筋材，利用筋材与堆石料之间的摩擦和嵌锁作用，从而限制堆石料的变形，减小土石坝的坝顶地震永久变形，保证土石坝的安全稳定。

1 加筋粗粒土静力大三轴试验研究

坝顶加筋抗震加固措施的效果可利用静动力大三轴试验来进行验证[1-8]。在加筋土的静力三轴试验中，加筋土与未加筋土的强度曲线大致平行，加筋土的力学性能的改善只是增加了粘聚力，而土体的内摩擦角没有变化，相当于对土体施加了等效围压，该试验结果通常被称为加筋土的“等效附加围压原理”。下面主要介绍加筋粗粒土的静力三轴试验的研究成果，黄仙枝等[1]、徐望国等[2]、石熊等[3]开展了土工带、土工格栅加筋粗粒土的大型三轴试验，分析了加筋对粗粒土应力应变关系及强度的影响，研究表明加筋效果与加筋材料强度、加筋层数和围压等因素有关，加筋填料的应力应变关系表现为应变硬化型，轴向应变较小（εa<1%）时，加筋效果不明显，随着轴向应变的逐渐增大，加筋的效果逐渐发挥；加筋后粗粒土破坏强度和破坏应变均得到提高，加筋粗粒土的强度服从“等效附加围压原理”。傅华等[4]开展了室内加筋堆石料的大三轴试验，研究表明加筋的作用效果与加筋材料、土体材料密实度和加筋层数密切相关，加筋材料本身强度越高，土体材料密实度越高，加筋层数越多，筋层间距越小，加筋的效果就越明显。

2 加筋粗粒土动力大三轴试验研究

动三轴试验[9-15]主要目的是为了揭示动力条件下加筋土的动力响应和残余变形的研究，得到建立加筋土复合体的动力本构模型所需的参数。Maher等[9]对随机分布纤维加筋砂土利用共振柱试验测量其动力反应，得到加筋土结构具有较好的抗震性的结论。杨帅东[10]研究了在不同加筋材料、不同加筋层数、不同围压、不同固结应力比条件下的加筋土的动弹性模量变化规律，并与素土试样试验结果进行对比。研究表明加筋土的动弹性模量随围压和固结应力比的增加而增大，窗纱加筋试样的最大动模量相比素土的有了较大的提高，并随着加筋层数的增加而增大，土工布加筋土试样最大动弹模量与素土的相比趋势不明显。邹德高（下转第158页）（上接第191頁）等[11]利用动三轴试验研究了筑坝沙砾料加筋后砂砾料残余变形与振动次数的关系，采用改进的沈珠江模型分别拟合了加筋前后砂砾料的残余变形试验结果，研究表明加筋可抑制砂砾料的残余剪切变形和残余体积变形，加筋前后的砂砾料永久变形特性均可采用改进的沈珠江模型描述，加筋后的模型参数明显降低。刘汉龙等[12]利用动三轴试验探讨了围压、循环荷载条件及加筋间距等对加筋堆石料动残余变形的影响，试验结果表明在循环荷载作用下，加筋堆石料与素堆石料的残余变形的发展规律基本一致，但加筋后堆石料的残余变形变小，且随加筋层数增加残余变形的降低愈明显。

3 结论

（1）加筋土的加固效果可利用“等效附加围压原理”进行解释，即加筋土与未加筋土的强度曲线大致平行，加筋土力学性能的改善只是增加了粘聚力，相当于对土体施加了等效围压。

（2）加筋粗粒土静力大三轴试验结果表明加筋效果与加筋材料强度、土体填料密实度、加筋层数和围压等因素有关，加筋填料的应力应变关系表现为应变硬化型，随着轴向应变的逐渐增大，加筋的效果逐渐发挥，加筋后粗粒土破坏强度和破坏应变均得到提高，加筋材料本身强度越高，土体填料密实度越高，加筋层数越多，筋层间距越小，加筋的效果就越明显。

（3）加筋粗粒土动力大三轴试验结果表明在动荷载作用下，加筋粗粒土与素粗粒土的残余变形的发展规律基本一致，但加筋后堆石料的残余变形变小，且随加筋层数增加残余变形的降低愈明显，加筋可抑制粗粒料的残余剪切变形和残余体积变形，加筋粗粒土的动弹性模量随围压和固结应力比的增加而增大。

【參考文献】

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