方斌昕, 劉斯宏, 魯 洋, 陳 爽, 張呈斌

(1. 河海大學(xué) 水利水電學(xué)院, 南京 210098; 2. 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司, 天津 300222; 3. 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司, 杭州 311122)

我國(guó)地處環(huán)太平洋地震帶與地中海-喜馬拉雅地震帶的交會(huì)處,地震斷裂段十分活躍[1]。地震由于其強(qiáng)度高,影響范圍廣,可預(yù)測(cè)性低以及發(fā)生頻度高等特點(diǎn),已成為我國(guó)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一[2]。這其中,村鎮(zhèn)地區(qū)的房屋結(jié)構(gòu)形式主要為砌體結(jié)構(gòu)[3],結(jié)構(gòu)抗震性較差,抗震設(shè)防措施的缺失使得這些房屋在地震作用下更容易發(fā)生大面積坍塌,最終引發(fā)人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失等嚴(yán)重后果。因此,研究適用于村鎮(zhèn)地區(qū)中、低層砌體房屋的抗震方法具有實(shí)際意義。

土工袋作為一種新型加筋土材料,具有很高的抗壓強(qiáng)度,能夠有效提高地基承載能力[4-5],目前已被成功應(yīng)用于道路路基與房屋基礎(chǔ)加固、擋墻加固、膨脹土邊坡處理等[6-9]工程中。此外,已有研究表明,土工袋同時(shí)具有顯著的減振消能特性,由于其具有施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、易取材等優(yōu)勢(shì),十分適合將其作為減隔震墊層應(yīng)用于中低層房屋。近年來,土工袋的動(dòng)力特性以及減隔振性能受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的廣泛關(guān)注:Liu等[10]通過室內(nèi)循環(huán)剪切試驗(yàn)探究了不同裝填材料、上部荷載及剪切應(yīng)變幅值條件下土工袋剪切剛度以及阻尼比等動(dòng)力參數(shù)的變化規(guī)律;王艷巧等[11]通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究了不同輸入加速度以及加載頻率對(duì)土工袋基礎(chǔ)水平減振性能的影響,發(fā)現(xiàn)土工袋的減振效果與輸入加速度和振動(dòng)頻率均呈正相關(guān);Yamamoto等[12]設(shè)計(jì)了摩擦型與滑移型土工袋,通過循環(huán)剪切試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)兩類土工袋具有不同的滯回曲線形態(tài),通過合理的布置能夠充分發(fā)揮土工袋滑移隔震、摩擦耗能與限制位移三方面的協(xié)同作用;Sheng等[13]通過開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究了土工袋在交通荷載作用下的減振效果,發(fā)現(xiàn)土工袋墊層具有較大的阻尼比,能夠有效地衰減因交通設(shè)施振動(dòng)引起的建筑物豎向振動(dòng)。土工袋在動(dòng)力荷載作用下的力學(xué)特性以及動(dòng)力參數(shù)變化規(guī)律的相關(guān)研究已較為深入,但是作為一種基礎(chǔ)減隔震材料,土工袋在動(dòng)力條件下的變形規(guī)律也是值得進(jìn)行討論的。其中,Liu等[14]針對(duì)豎向循環(huán)荷載作用下土工袋組合體的變形規(guī)律開展了一系列的試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)土工袋組合體在豎向循環(huán)荷載作用下具有較好的穩(wěn)定性,豎向變形量主要集中在靜荷載施加階段,對(duì)應(yīng)為實(shí)際的施工階段。然而,對(duì)于水平動(dòng)荷載作用下土工袋豎向變形特性的相關(guān)研究較少。

目前已有諸多學(xué)者對(duì)水平動(dòng)荷載作用下的加筋土豎向變形特性開展了相關(guān)研究:Liu等[15-16]開展了一系列循環(huán)剪切試驗(yàn)研究了土顆粒形狀參數(shù)對(duì)土工格柵-土界面變形行為的影響;Chang等[17]通過土工膜-土工布界面循環(huán)剪切試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)法向應(yīng)力以及剪切應(yīng)變幅值對(duì)試樣的累積豎向位移有顯著的影響;Cen等[18]開展了不同粗糙度的土工膜-砂土界面的循環(huán)剪切試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)粗糙度越大,土工膜-砂土界面處的砂土顆粒更容易壓實(shí),剪縮現(xiàn)象相對(duì)更加顯著。以上對(duì)于動(dòng)荷載作用下加筋土豎向變形特性的相關(guān)研究,對(duì)土工袋組合體在水平循環(huán)剪切作用下的豎向變形規(guī)律探究有一定的借鑒意義。

地震作用下基礎(chǔ)減隔震墊層的變形特性是評(píng)估隔震材料穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一,為了解土工袋墊層在水平地震荷載作用下的豎向變形特性,本文通過對(duì)土工袋組合體進(jìn)行的一系列等幅水平循環(huán)剪切試驗(yàn),研究了不同循環(huán)次數(shù)、豎向應(yīng)力以及剪切應(yīng)變幅值條件下土工袋組合體的豎向變形規(guī)律,初步解釋了其在水平動(dòng)荷載作用下的變形機(jī)制,以期為土工袋作為基礎(chǔ)減隔震材料的工程應(yīng)用提供一定的試驗(yàn)依據(jù)與參考。

1 試驗(yàn)介紹

1.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)在河海大學(xué)自主研發(fā)的循環(huán)剪切試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行,如圖1所示。該循環(huán)剪切試驗(yàn)系統(tǒng)主要由豎向加載系統(tǒng)、水平向加載系統(tǒng)(包含兩臺(tái)作動(dòng)器)、伺服控制系統(tǒng)組成,其中豎向及水平向加載系統(tǒng)作動(dòng)器額定推力分別為1 000 kN和500 kN,額定行程均為1 000 mm,作動(dòng)器內(nèi)置位移傳感器分辨率為0.000 5 mm,油缸活塞桿處外置載荷傳感器精度在2%～100% 額定量程范圍內(nèi)均為±0.01%。通過伺服控制系統(tǒng)控制豎向加載系統(tǒng)與水平向加載系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,能夠進(jìn)行不同加載條件下的試樣剪切試驗(yàn)。該剪切系統(tǒng)豎向應(yīng)力通過豎向作動(dòng)器施加在設(shè)置在土工袋試樣頂面的加載板上,作動(dòng)器與加載板間布置滑軌以減小試驗(yàn)過程中產(chǎn)生摩擦力。為保證試驗(yàn)過程中加載板水平,在加載板上安裝了一個(gè)平行四邊形平衡框架。本文試樣由三個(gè)土工袋豎向堆疊而成,通過左、右向張拉試樣頂部的加載板進(jìn)行水平向循環(huán)剪切試驗(yàn)。該試驗(yàn)近似于循環(huán)單剪模式,循環(huán)單剪試驗(yàn)是為了在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬地震時(shí)剪切波豎向傳播所引起的反復(fù)剪切應(yīng)力而發(fā)展起來的[19],能夠根據(jù)測(cè)得的剪切應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算得到動(dòng)剪切模量、等效阻尼比等動(dòng)力特性參數(shù)。

圖1 循環(huán)剪切試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 Cyclic shear testing system

1.2 試驗(yàn)材料及試樣制備

采用三層堆疊土工袋組合體進(jìn)行循環(huán)剪切試驗(yàn)。單個(gè)土工袋尺寸為40 cm×40 cm×10 cm,編織袋原料為聚丙烯(PP),其主要性能參數(shù)如表1所示。袋內(nèi)材料選用某天然河砂,其級(jí)配曲線如圖2所示,最大、最小干密度分別為1.63 g/cm3和1.87 g/cm3,不均勻系數(shù)Cu=4.03,曲率系數(shù)Cc=0.88,細(xì)度模數(shù)為2.50,屬于中砂。

表1 土工編織袋主要性能指標(biāo)Tab.1 Main index of woven bags

圖2 袋內(nèi)填充料(河砂)顆粒級(jí)配曲線Fig.2 Particle size distribution curve of filled material

將土工袋作為減隔震材料應(yīng)用于基礎(chǔ)墊層,在施工過程中會(huì)預(yù)留袋間縫隙,從而使得土工袋在碾壓整平后仍能保持側(cè)向無接觸狀態(tài),以確保袋間縫隙對(duì)地震波的阻隔作用;此外,由于土工袋在大震情況下能夠通過層間滑移耗散部分能量,需要盡量避免土工袋各層間產(chǎn)生嵌固作用。因此,可以將試樣簡(jiǎn)化為逐層堆疊的土工袋組合體用于開展無側(cè)限循環(huán)剪切試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)方法

首先對(duì)試樣進(jìn)行豎向加載,加載速率為0.5 kN/s,豎向力達(dá)到目標(biāo)值并保持5 min后(豎向位移基本無變化)開始對(duì)試樣進(jìn)行水平循環(huán)剪切。剪切速率控制為12 mm/min,每個(gè)試樣剪切循環(huán)次數(shù)為10次[20]。根據(jù)土工袋組合體的實(shí)時(shí)接觸面積和高度對(duì)試驗(yàn)過程中土工袋組合體剪切力進(jìn)行校正并換算得到試樣的實(shí)時(shí)剪切應(yīng)力τ,相應(yīng)計(jì)算公式為

(1)

(2)

式中:α為試樣實(shí)時(shí)壓縮率;h為試樣實(shí)時(shí)高度;A0和h0為試樣初始接觸面積和高度;F為實(shí)測(cè)剪切力。試驗(yàn)主要考慮以下加載特征參數(shù)變化對(duì)土工袋組合體在循環(huán)剪切過程中豎向變形情況的影響:①循環(huán)次數(shù)N;②豎向應(yīng)力σn;③剪切應(yīng)變幅值γmax。具體試驗(yàn)工況如表2所示。

表2 試驗(yàn)工況Tab.2 Test conditions

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 循環(huán)剪切作用下土工袋組合體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

圖3給出了不同豎向應(yīng)力以及剪切應(yīng)變幅值條件下土工袋組合體的剪切應(yīng)力-剪切應(yīng)變滯回曲線以及豎向應(yīng)變-剪切應(yīng)變曲線。豎向應(yīng)變以試樣壓縮為正、剪脹為負(fù)。由圖3可見,隨著剪切應(yīng)變幅值的增加,剪切應(yīng)力-剪切應(yīng)變滯回曲線的形態(tài)逐漸飽滿;在剪切應(yīng)變幅值較大的情況下,滯回曲線開始出現(xiàn)應(yīng)力穩(wěn)定階段,說明在剪切過程中土工袋組合體發(fā)生了層間滑移;相反地,隨著豎向應(yīng)力的增大,滯回曲線則更加趨近于窄長(zhǎng)形態(tài)。這一現(xiàn)象反映在動(dòng)力參數(shù)的變化規(guī)律中,表現(xiàn)為等效阻尼系數(shù)隨著剪切幅值的增大以及豎向應(yīng)力的減小而逐漸增大,動(dòng)剪切模量則與之相反,如圖4所示。值得注意的是,土工袋組合體在受到較小的豎向應(yīng)力作用時(shí)更容易發(fā)生層間滑移,這是由于使用大量扁絲制作的土工編織袋表面具有一定的粗糙度,隨著豎向應(yīng)力的增大,土工袋層間界面受到擠壓產(chǎn)生咬合作用,因此層間的靜摩擦因數(shù)也隨之增大,最終導(dǎo)致土工袋在豎向應(yīng)力較大的情況下更不容易發(fā)生層間滑移。

圖3 不同剪切應(yīng)變幅值條件下土工袋組合體剪切應(yīng)力-應(yīng)變滯回曲線及豎向應(yīng)變-剪切應(yīng)變曲線Fig.3 Hysteresis curve and vertical strain-shear strain curve of stacked soilbags under different shear amplitudes

圖4 動(dòng)剪切模量及等效阻尼比隨剪切應(yīng)變的變化(N=1)Fig.4 Variation of dynamic shear modulus and equivalent damping ratio with shear strain(N=1)

由圖3可知,土工袋組合體的豎向變形在循環(huán)剪切過程中整體表現(xiàn)為剪縮。在剪切應(yīng)變幅值較小的情況下,試驗(yàn)初期試樣在剪切過程中表現(xiàn)出完全剪縮狀態(tài),袋內(nèi)土顆粒在剪切過程中發(fā)生重新排列,密實(shí)度逐漸增大。隨著循環(huán)剪切次數(shù)的增加,土工袋組合體在剪切過程中開始出現(xiàn)剪脹現(xiàn)象,且每一次循環(huán)的最大剪脹量均出現(xiàn)在剪切應(yīng)變最大處;這一現(xiàn)象隨著剪切應(yīng)變幅值的增大表現(xiàn)得更為顯著,這是由于在數(shù)次循環(huán)剪切作用后,處于相對(duì)密實(shí)狀態(tài)的袋內(nèi)部分土顆粒滑動(dòng)或是轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致顆粒間的空隙體積增大,使得其在最大剪切應(yīng)變附近呈現(xiàn)出剪脹現(xiàn)象。在剪切應(yīng)變幅值較大的情況下,土工袋組合體在剪切初期已出現(xiàn)剪脹現(xiàn)象,且受到的豎向應(yīng)力越小,試樣越容易發(fā)生剪脹。剪切過程中,隨著剪切應(yīng)變的增大,試樣發(fā)生滑移,在此階段豎向應(yīng)變基本保持穩(wěn)定,這是由于在滑移階段產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力基本等于其受到的剪切力,袋體的剪切變形量已達(dá)到最大值并在滑移過程中保持穩(wěn)定,袋內(nèi)土體的密實(shí)度在此階段也相對(duì)穩(wěn)定,因此袋體的豎向變形也并無顯著變化。

2.2 循環(huán)次數(shù)對(duì)豎向變形的影響

為了解循環(huán)次數(shù)對(duì)土工袋組合體豎向應(yīng)變累積的影響,統(tǒng)計(jì)了不同工況下土工袋組合體單次循環(huán)剪切結(jié)束時(shí)刻的累積豎向應(yīng)變?chǔ)舗,acc。圖5為剪切應(yīng)變幅值γmax=0.25%,0.5%,1%,2%和4%條件下土工袋組合體累積豎向應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)的變化?？傮w上來看,在循環(huán)剪切作用下土工袋組合體的豎向應(yīng)變逐漸累積,即其累積豎向應(yīng)變隨著循環(huán)次數(shù)的增加逐漸增大。在試驗(yàn)初期,土工袋組合體的累積豎向應(yīng)變變化較為顯著;隨著循環(huán)次數(shù)的增加,土工袋組合體的累積豎向應(yīng)變開始趨于穩(wěn)定,即土工袋組合體的累積豎向應(yīng)變?cè)诙啻窝h(huán)剪切后受循環(huán)剪切次數(shù)的影響逐漸減小。

圖5 累積豎向應(yīng)變?chǔ)舗,acc隨循環(huán)次數(shù)的變化Fig.5 Variation of the accumulated vertical strain εn,acc against the number of load cycles

為了進(jìn)一步了解循環(huán)剪切過程中土工袋組合體的豎向應(yīng)變累積情況,將相鄰兩次循環(huán)結(jié)束時(shí)刻對(duì)應(yīng)的累積豎向應(yīng)變差值定義為每次循環(huán)產(chǎn)生的豎向應(yīng)變?cè)隽?。圖6是在不同豎向應(yīng)力以及剪切應(yīng)變幅值條件下土工袋組合體產(chǎn)生的豎向應(yīng)變?cè)隽喀う舗,acc隨循環(huán)次數(shù)的變化。可見,在經(jīng)過數(shù)次循環(huán)剪切作用后,土工袋組合體的豎向應(yīng)變?cè)隽恐饾u減小并趨于一個(gè)相對(duì)較小的增量值。觀察圖6(e)后可以發(fā)現(xiàn),在剪切應(yīng)變幅值較大的情況下,土工袋組合體在經(jīng)過穩(wěn)定增長(zhǎng)階段后,單次循環(huán)產(chǎn)生的豎向應(yīng)變?cè)隽砍尸F(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì),這是由于在剪切應(yīng)變幅值較大的情況下,土工袋組合體層間產(chǎn)生了滑移,循環(huán)剪切過程中反復(fù)的摩擦滑移使得層間接觸面咬合作用減弱;隨著循環(huán)次數(shù)的增加,土工袋組合體在單次循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的滑移距離逐漸增大,反映在剪切應(yīng)力-剪切應(yīng)變滯回曲線上即剪切應(yīng)力較為穩(wěn)定的階段對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的剪切應(yīng)變逐漸增大,導(dǎo)致靠近界面處的砂土顆粒持續(xù)發(fā)生剪切運(yùn)動(dòng)并重新排列,使得袋內(nèi)土體進(jìn)一步密實(shí),相應(yīng)地其豎向應(yīng)變?cè)隽吭诙啻窝h(huán)剪切后呈現(xiàn)出緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖6 豎向應(yīng)變?cè)隽喀う舗,acc隨循環(huán)次數(shù)的變化Fig.6 Variation of the incremental vertical strain against the number of load cycles

2.3 豎向應(yīng)力對(duì)豎向變形的影響

圖7給出了不同循環(huán)次數(shù)與剪切應(yīng)變幅值條件下土工袋組合體累積豎向應(yīng)變與豎向應(yīng)力的關(guān)系曲線。由圖可見,在剪切應(yīng)變幅值較小的情況下,土工袋組合體的累積豎向應(yīng)變隨豎向應(yīng)力的變化較小。隨著剪切應(yīng)變幅值的增加,土工袋組合體的累積豎向應(yīng)變呈現(xiàn)出隨豎向應(yīng)力的增大而增大的趨勢(shì),這一現(xiàn)象在剪切應(yīng)變幅值γmax=4%時(shí)更為明顯。值得關(guān)注的是,試驗(yàn)加載初期(N=1, 5),豎向應(yīng)力σn=25 kPa條件下土工袋組合體在大剪切應(yīng)變幅值(γmax=4%)作用下產(chǎn)生的累積豎向應(yīng)變較小;這是由于在σn=25 kPa和γmax=4%時(shí),土工袋組合體在循環(huán)剪切作用初期便出現(xiàn)了剪脹現(xiàn)象,測(cè)得的試樣高度甚至大于初始高度,導(dǎo)致土工袋組合體在此工況下產(chǎn)生的累積豎向應(yīng)變整體偏小。

圖7 累積豎向應(yīng)變?chǔ)舗,acc隨豎向應(yīng)力的變化Fig.7 Variation of the accumulated vertical strain against the vertical stress

2.4 剪切應(yīng)變幅值對(duì)豎向變形的影響

圖8為不同循環(huán)次數(shù)及豎向應(yīng)力條件下土工袋組合體累積豎向應(yīng)變與剪切應(yīng)變幅值的關(guān)系曲線。由圖可以看出,在豎向應(yīng)力較大的情況下,隨著剪切應(yīng)變幅值的增加,土工袋組合體的累積豎向應(yīng)變也隨之增大;反之,豎向應(yīng)力較小時(shí),土工袋組合體在循環(huán)剪切中產(chǎn)生的累積豎向應(yīng)變隨著剪切應(yīng)變幅值的增大呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì),這是因?yàn)樵谪Q向應(yīng)力較小時(shí),土工袋組合體受到剪切作用后更容易發(fā)生剪脹,尤其在σn=25 kPa和γmax=4%情況下,土工袋組合體在1/4次循環(huán)剪切后產(chǎn)生的累積豎向應(yīng)變?yōu)棣舗,acc=-4.9×10-4(負(fù)值表明試樣高度相對(duì)于初始高度有所增大)。循環(huán)剪切初期剪脹現(xiàn)象明顯,對(duì)試樣的豎向應(yīng)變累積也產(chǎn)生了一定的影響,使得豎向應(yīng)力較小時(shí)土工袋組合體在剪切應(yīng)變幅值較大的情況下產(chǎn)生的累積豎向應(yīng)變偏小。

圖8 累積豎向應(yīng)變?chǔ)舗,acc隨剪切應(yīng)變幅值的變化Fig.8 Variation of the accumulated vertical strain against the shear amplitude

3 土工袋組合體豎向變形機(jī)制分析與討論

土工袋組合體在循環(huán)剪切過程中表現(xiàn)出了較好的變形穩(wěn)定性能,其豎向變形機(jī)制可以從土工袋袋體剪切變形以及界面作用兩方面解釋。圖9為土工袋組合體豎向變形機(jī)理示意圖。一方面,由于豎向應(yīng)力和循環(huán)剪切應(yīng)力的共同作用,袋內(nèi)砂土顆粒在試驗(yàn)過程中發(fā)生了重新排列[21-22],顆粒間的孔隙體積隨之減少,袋內(nèi)土體逐漸密實(shí),從而使得土工袋組合體更加不易產(chǎn)生豎向變形;另一方面,土工袋組合體的層間界面作用也會(huì)間接影響其豎向變形量,在土工袋單元體達(dá)到一定程度的剪切變形后,袋體繼續(xù)產(chǎn)生變形需要的剪切力已超過土工袋層間的最大靜摩擦力,此時(shí)土工袋組合體發(fā)生層間滑移,因而在大幅值循環(huán)剪切中土工袋組合體的水平向變形除了袋內(nèi)土體在剪切作用下產(chǎn)生的袋體自身變形量,還包括產(chǎn)生的層間滑移量。在滑移過程中土工袋組合體界面反復(fù)摩擦,使得土工袋組合體層間的咬合作用發(fā)生變化,帶動(dòng)靠近土工袋界面的砂土顆粒在此過程中又進(jìn)行了重新排列,因此在此階段土工袋組合體的豎向應(yīng)變?cè)隽坑殖尸F(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)?？梢哉f,土工袋組合體的豎向變形機(jī)制是由豎向荷載、剪切應(yīng)變幅值以及循環(huán)次數(shù)共同作用的。

圖9 土工袋組合體豎向變形機(jī)理示意圖Fig.9 Schematic diagram of vertical deformation of stacked soilbags

第2.3節(jié)中的試驗(yàn)現(xiàn)象表明,土工袋組合體在豎向應(yīng)力較小的情況下,更容易出現(xiàn)剪脹現(xiàn)象。而袋內(nèi)材料對(duì)土工袋整體的剪脹性影響也較大,若袋內(nèi)材料選用大粒徑碎石,在剪切過程中可能因顆粒破碎及顆粒重新排列產(chǎn)生更明顯的剪脹現(xiàn)象,從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面來看這一現(xiàn)象對(duì)土工袋作為基礎(chǔ)隔震層材料是有利的,能夠有效控制動(dòng)荷載作用下土工袋基礎(chǔ)產(chǎn)生的豎向變形;然而,土工袋作為一種柔性結(jié)構(gòu),其剪切模量與等效阻尼比受袋內(nèi)材料影響較大,袋內(nèi)材料選用大粒徑顆粒在剪切過程中容易在土工袋層間形成咬合界面[23],整體的動(dòng)剪切模量增大,土工袋層間的摩擦因數(shù)也隨之增大,難以在地震慣性力作用下產(chǎn)生足夠的層間滑移量,便無法通過層間滑移產(chǎn)生摩擦耗能達(dá)到減隔震的目的。因此,相比較粗顆粒材料,選用砂土作為袋內(nèi)材料同時(shí)具備高阻尼、變形穩(wěn)定等特點(diǎn),并且能夠充分發(fā)揮土工袋作為基礎(chǔ)減隔震材料的各方面優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié) 論

本文通過室內(nèi)循環(huán)剪切試驗(yàn)研究了循環(huán)次數(shù)、豎向應(yīng)力以及剪切應(yīng)變幅值對(duì)土工袋組合體豎向變形特性的影響,得到了以下結(jié)論:

(1) 在循環(huán)剪切作用初期,土工袋組合體單次循環(huán)產(chǎn)生的豎向應(yīng)變?cè)隽枯^大;隨著循環(huán)次數(shù)的增加,豎向應(yīng)變?cè)隽口呌谝粋€(gè)較小值并逐漸穩(wěn)定。

(2) 在豎向應(yīng)力較小的情況下,土工袋組合體在循環(huán)剪切作用初期更容易發(fā)生剪脹;在達(dá)到試驗(yàn)給定的最大剪切應(yīng)變時(shí),土工袋組合體產(chǎn)生對(duì)應(yīng)循環(huán)內(nèi)的最大剪脹量。

(3) 在相同剪切應(yīng)變幅值條件下,隨著豎向應(yīng)力的增大,土工袋組合體的累積豎向應(yīng)變逐漸增大;在相同豎向應(yīng)力條件下,土工袋組合體的累積豎向應(yīng)變同樣隨著剪切應(yīng)變幅值的增大而增大。

(4) 在剪切應(yīng)變幅值較大的情況下,試驗(yàn)初期土工袋組合體出現(xiàn)滑移,此時(shí)土工袋組合體的剪切力與層間滑動(dòng)摩擦力相等,袋體的剪切變形已基本穩(wěn)定,該階段的累積豎向應(yīng)變較為穩(wěn)定;隨著循環(huán)次數(shù)的增加,在滑移過程中土工袋組合體界面反復(fù)摩擦,使得土工袋組合體層間的咬合作用發(fā)生變化,帶動(dòng)靠近土工袋界面的砂土顆粒在此過程中又進(jìn)行了重新排列,使得土工袋組合體的豎向應(yīng)變?cè)隽坑殖尸F(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)。

本文的試驗(yàn)結(jié)果為今后繼續(xù)研究土工袋組合體的動(dòng)力特性提供了有益的數(shù)據(jù),但是實(shí)際工程中的地震工況相比較室內(nèi)試驗(yàn)加載條件更為復(fù)雜,試驗(yàn)未考慮變幅剪切作用下土工袋組合體的變形規(guī)律,后續(xù)可以就振動(dòng)歷史對(duì)土工袋組合體動(dòng)力特性的影響開展相關(guān)研究。