徐振華+霍兵兵+鄭海艷+潘越

摘 要：從試驗和數(shù)值分析方法兩個方面闡述了目前土工合成材料加筋土動力特性的研究現(xiàn)狀及其在在的問題。并提出今后要從減小尺寸效應(yīng)，建立貼近實際的動本構(gòu)模型入手，研究出更具有參考性的動力參數(shù)，使其在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中更合理。

關(guān)鍵詞：加筋土；動力特性；試驗研究；數(shù)值研究

土工合成材料加筋土技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于工程建設(shè)中。早期人們是將天然植物如稻殼、茅草等摻入土體中來改善土體的整體穩(wěn)定性，但并無理論基礎(chǔ)。后來法國工程師Vidal提出了加筋土概念及其設(shè)計理論，從而為加筋土技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)。土工合成材料加筋土技術(shù)的應(yīng)用提高了加筋結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。研究在動荷載作用下加筋結(jié)構(gòu)的動力特性已至關(guān)重要，這是因為加筋土的動力特性指標在加筋土工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中至關(guān)重要，直接影響了加筋土結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。

1 加筋土動力特性概述

加筋土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用已引起國內(nèi)外巖土工程界人士的極大關(guān)注，隨著加筋土技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，對加筋土技術(shù)進行動力方面的研究已成為一個不可回避的重要課題。加筋土的動力特性研究思路大多是以試驗為基礎(chǔ)，研究土的動應(yīng)變、阻尼比、動強度與振動孔壓等特性。目前還出現(xiàn)了用數(shù)值模擬來研究加筋土動力特性的方法，這種方法的可使用性已得到研究人員的證實。大量的研究數(shù)據(jù)表明土工合成材料加筋土的動力特性與動荷載、頻率、振動周次及筋材物理性質(zhì)密切相關(guān)。

2 加筋土動力特性研究現(xiàn)狀

2.1 加筋土動力特性試驗研究

縱觀各大文獻，加筋土的動力特性試驗有動三軸試驗、共振柱試驗、動扭剪試驗、動直剪試驗以及動單剪試驗等。其中，動三軸試驗和共振柱試驗是目前研究土工合成材料加筋土動力特性最常見的方式。

2.1.1 動三軸試驗研究。動三軸試驗?zāi)茌^好的模擬加筋土的實際受力狀態(tài)，至今已有許多學(xué)者采用動三軸試驗研究了加筋土的動力特性，為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù)。謝婉麗等通過對不同加筋層數(shù)的黃土試樣進行了不同動應(yīng)力和不同圍壓作用下的動三軸試驗，發(fā)現(xiàn)在動荷載作用下對土體加筋可以約束其側(cè)向變形，使土體的抗震性能得到增強，并且隨著動應(yīng)力和圍壓的增大，加筋土體的軸向累積動應(yīng)變越大。楊燕等用普通窗紗模擬土工合成材料，對加筋土體進行了大量的動三軸試驗，研究得出了動模量隨圍壓的增大而增大，但阻尼比隨著圍壓增大而稍有減小。楊帥東等通過對加筋土樣進行固結(jié)不排水動三軸剪切試驗。研究了在不同筋材、不同加筋層數(shù)、不同圍壓和固結(jié)應(yīng)力比條件下加筋土的動彈性模量變化規(guī)律。李文旭等等通過對加筋粘土進行動三軸試驗，發(fā)現(xiàn)在粘性土中布置格柵筋材，在一定程度上提高了加筋土體的動強度特性，隨著加筋層數(shù)的增多，加筋土體的動強度也越大。

由于用來做動三軸試驗的加筋土樣多為重塑土樣，且它的尺寸效應(yīng)比較明顯，所以用動三軸試驗測得的數(shù)據(jù)與實際相差甚大，但是我們也能從數(shù)據(jù)中總結(jié)規(guī)律并加以總結(jié)用于實際工程設(shè)計中，使設(shè)計結(jié)果更加安全，這也為工程計算提供了極大的方便。

2.1.2 共振柱試驗研究。最早是日本工程師Iida在1938年把共振柱技術(shù)引入土工試驗的，共振柱試驗是利用波動理論在土試樣上施加振動力，然后改變驅(qū)動頻率，測其共振頻率。最后根據(jù)土試樣尺寸，測得的共振頻率，和端部的約束條件就能算出加筋土的動力參數(shù)。

在國外，Mohamam H.Maher等在動力特性方面對加筋砂進行共振柱試驗，測出了加筋砂的動剪切模量G與阻尼比D。比較分析了纖維含量對加筋砂的剪應(yīng)變值、側(cè)向應(yīng)力，、動剪切模量與阻尼比的影響，得出了加筋土結(jié)構(gòu)的抗震性能比較好的結(jié)論。在國內(nèi)，大多數(shù)人都利用共振柱試驗研究了非加筋土的動力特性，很少人針對加筋土作動力特性研究分析，這為研究人員又提供了一個新的研究領(lǐng)域。

2.1.3 其它試驗研究。張小江等采用他們實驗室設(shè)計的單軸靜、動力拉壓試驗儀，研究了纖維加筋粘性土在靜動荷載作用下的相關(guān)動力特性。試驗研究結(jié)果表明，纖維加筋土和素土相比，其極限拉應(yīng)力、極限拉應(yīng)變、動強度、動模量、臨界斷裂韌度等都有相當(dāng)程度的提高。并且得到土體進行纖維加筋后，即使在動載作用下發(fā)生破壞，還能繼續(xù)承受一定程度的靜荷載，其整體性仍能得到保持。

2.2 加筋土動力特性數(shù)值分析方法研究

隨著研究方式的創(chuàng)新，對土工合成材料加筋土動力特性進行計算機數(shù)值分析勢在必行，目前已有研究人員運用此方法做了較多研究。蘭州鐵道學(xué)院梁波等從加筋機理考慮，建立了加筋強度的等效約束力有限元模型，研究分析了粉煤灰在粘著破壞和拉力破壞兩種情況下的動強度指標。為今后在數(shù)值模擬方面對加筋土動力特性的研究分析打下了基礎(chǔ)?？锵｝埖壤糜邢拊浖嗀NSYS10.0建立了加筋土的黏彈塑性力學(xué)響應(yīng)模型，該模型更能真實的反映加筋土復(fù)合體在循環(huán)荷載作用下的變形特征。為以后對加筋土動力特性的有限元模型建立提供了依據(jù)。數(shù)值分析結(jié)果的準確性取決于加筋土本構(gòu)模型及其參數(shù)取值的合理性，但這仍需要通過室內(nèi)試驗確定和驗證。

3 結(jié)論與展望

本文較為詳細的介紹了土工合成材料加筋土動力特性的研究現(xiàn)狀。對加筋土動力特性的研究已經(jīng)成為巖土工程界的熱點之一，目前已有大多數(shù)人作了相關(guān)研究，但由于對加筋土動力特性的研究方法不同，實驗人員所用的試驗設(shè)備，試驗手段、加筋材料也有區(qū)別，所以各個研究人員整理的加筋土動力特性規(guī)律差異也很大。另外在加筋土動力特性的數(shù)值分析方面，對加筋土有限元模型的建立及其參數(shù)取值仍需進一步探討研究。

關(guān)于針對土工合成材料加筋土動力特性的試驗研究方面，加筋材料的物理參數(shù)及性質(zhì)沒有統(tǒng)一的標準，試驗中采用的加筋土樣多為重塑土樣，尺寸效應(yīng)明顯，怎樣能更真實的反應(yīng)加筋土體的動力特性，還需人們多做研究。同樣，在計算機數(shù)值分析方面，建立更貼近實際的加筋土動本構(gòu)模型，筋土界面相互作用參數(shù)的確定，仍是需要解決的難題。

參考文獻

[1] 謝婉麗，薛建功，常波.加筋土動力特性的三軸試驗研究[J].災(zāi)害學(xué)， 2008（9）.

[2] 楊燕，柏署，張軍.加筋土的動三軸試驗研究[J].路基工程，2009（5）.

[3] 楊帥東，余湘娟，李玉起，王志強.加筋土動彈性模量的動三軸試驗研究[J].世界地震工程，2010（26）.

[4] 李文旭，王寧，韓志型，姚勇.土工格柵加筋黏性土動力性能的試驗研究[J]工業(yè)建筑，2011，41（7）.

[5] 張小江，周克驥，周景星.纖維加筋土的動力特性試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，1998，20（3）.

[6] 梁波，楊有海，孫遇棋.加筋粉煤灰的靜動強度指標試驗與研究[J].實驗力學(xué)，1998，13（1）.

作者簡介：徐振華（1989- ），女，河南周口人，青島理工大學(xué)，碩士研究生。