黄土与土工格栅界面剪切力学特性研究

Shear characteristics of interface between loess and geogrid

摘要

为探究黄土与土工合成材料界面的力学特性，对加筋黄土工程设计提出针对性建议，本研究采用大型结构面剪切仪开展土工格栅-黄土界面直剪试验，研究黄土含水率和压实度对筋土界面剪应力-剪切位移关系、抗剪强度指标和剪切带厚度的影响，分析其机理，并探讨土工格栅-黄土界面本构模型。 试验结果表明：随含水率增加（不超过塑限），土工格栅-黄土界面的剪应力-剪切位移曲线从软化型向硬化型转变，界面黏聚力和摩擦角均显著下降，界面抗剪强度随之降低，剪切带厚度增大；黄土压实度对筋土界面抗剪强度影响较小，但对剪切带厚度影响显著，压实度达到 90%时剪切带厚度大幅增加，建议加筋黄土工程的填土压实度不低于 90%；土工格栅-黄土界面剪切带厚度的最大值约为 3 cm，剪切带厚度沿剪切方向不断降低，在加筋黄土挡墙中表现为面板处筋土剪切带最薄，建议采用柔性或整体性较好的面板；双曲线界面模型可以较好地反映土工格栅-黄土界面的剪切行为。

Abstract

The objective of this paper is to study the mechanical characteristics of the interface between loess and geosynthetics，in hope of providing targeted suggestions for the design of reinforced loess projects. A large-scale interface shear apparatus was used to conduct direct shear tests on the geogrid-loess interface to study the effects of the moisture content and compaction degree of loess on the shear stress-shear displacement relationships，shear strength indices，and thickness of shear band of the geogrid-loess interface. The mechanism of the effects was analyzed，and the constitutive model of the geogrid-loess interface was discussed.The test results show that as the moisture content increases （not exceeding the plastic limit），the shear stress-shear displacement curves of the geogrid-loess interface change from softening type to hardening type.The interface cohesion and friction angle significantly decrease with the increase of the moisture content，and thus the interface shear strength decreases accordingly.The thickness of shear band increases with the moisture content.The compaction degree of loess has little influence on the shear strength of the geogrid-soil interface，but it affects the thickness of shear band significantly.The thickness of shear band increases greatly when the compaction degree reaches 90%.Hence，the compaction degree of the backfill of reinforced loess engineering should not be less than 90%.The thickness of the shear band of geogrid-loess interface decreases continuously along the shear direction，with a maximum thickness of 3 cm approximately.This indicates that the shear band between the reinforcement and soil is the thinnest at the facing column in reinforced loess retaining walls.Hence，a flexible or integral facing column is recommended to be used in reinforced loess retaining walls.The hyperbolic interface constitutive model can effectively reflect the shear behavior of the geogrid-loess interface.

关键词

黄土 / 土工格栅 / 筋土界面 / 含水率 / 压实度 / 剪切带

Key words

loess / geogrid / reinforcement-soil interface / moisture content / degree of compaction / shear band

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基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.42007264)

陕西省自然科学基础研究计划(No.2023-JC-QN-0630)