加筋土应力应变试验分析成果

加筋土应力应变关系曲线的典型情况已如图5.23所示。

可以看出，当剪切开始时，加筋土的与不加筋土的应力应变曲线没有太大的区别，但随应变增大，两条曲线的（σ1—σ3）逐渐分叉，无加筋土或砂在达到一定的应变后趋于稳定，甚至有所降低，而加筋土曲线的应力差则继续增大，表现出了强烈的应变硬化特性。这不仅反映了加筋土强度的显著增加，而且也表明后者可以经受大得多的变形而不破坏，说明土的韧性和整体性增加了。可以说，将土由原来的散体变为有一定整体性的似连续体介质，这是加筋作用最重要的特征之一。当然，由于筋材特性的差别，它们的加筋土性状也有一定差别，但可以由此联想到，不同筋材加筋的土可以适应不同要求的工程中。例如，织物加筋土用于允许大变形的加筋土工程，经编格栅和塑料格栅的加筋土适合于荷载较大，又对变形有严格要求的场合。而玻纤格栅加筋土适用于对变形有严格限制的加筋土工程，如防治反射裂缝等。

图5.23　轴向应变与主应力差的关系曲线（吴景海，2000）

（a）周围压力等于150kPa；（b）周围压力等于200kPa
1—纯砂；2—土工织物加筋；3—经编土工格栅加筋；4—玻纤土工格栅加筋；
5—双向土工格栅加筋；6—土工网加筋

如果我们把剪切试验中，某些部位的位移加以分析，则可以看到一些很有意思的现象。

图5.24为纯砂和砂加一层有纺土工布的加筋砂平面应变剪切试验成果（有关平面应变试验问题，将在下面再作介绍）。图5.25和图5.26分别是纯砂和加筋砂各点位移计算所得的最大剪应变γmax等值线图（陆士强等，1994）。

图5.24　（σ1—σ3）—ε关系曲线

从这些成果可见：(www.xing528.com)

（1）当纯砂试样σ1/σ3达峰值8.9时，ε1=7.4%，与此对应的加筋砂的σ1/σ3=15.0，提高了68%；当ε1再增加时，纯砂的σ1/σ3逐渐下降，而加筋砂仍在提高，如图5.24所示。

（2）加筋砂的水平位移比纯砂小，约小2%～10%左右。同时，由于对横向变形的限制，垂直位移也减小了5%～9%。

从图5.25中所示的平面应变最大剪应变γmax等值线可以看到，[图5.25（a）～图5.25（c）]，纯砂在剪切过程中，最大剪应变的方向（即剪切带方向）均在大约（45°+φ/2）的破裂线上，这与朗肯理论是一致的；但对图5.26的加筋土剪应变等值线，则最大剪应变发生在几乎水平的方向上，而且该水平面与筋材的布置十分一致。由此，可以获得一个重要的概念，即土体中的加筋材料会改变土体中应变场和应力场的分布，这种重分布正是土体加筋作用的又一重要特征。

图5.25　纯砂平面应变剪切等值线（%）

图5.26　砂和一层织物平面应变剪切γmax等值线（%）

此外，抗拉加筋材料不仅限制了横向变形，同时也减少了垂直向变形，这个事实也说明了加筋材料起到一定的张力膜的效果。可见，筋材起加固作用的机理其实是多方面的，认识到这点，对加筋土的有关计算方法的研究是有帮助的。