任澤棟　王璐

摘要：土工布是坡面生態(tài)防護(hù)工程中的重要材料，為探究其與上下墊層材料之間的拉拔力學(xué)本構(gòu)關(guān)系，通過土工布拉拔力學(xué)性能試驗(yàn)，對(duì)豎向應(yīng)力σ_z=25～100 kPa的多種不同豎向荷載條件下的土工布拉拔摩擦試驗(yàn)開展研究，推導(dǎo)構(gòu)建了雙曲線型的土工布拉拔摩擦本構(gòu)模型。結(jié)果表明：土工布在坡面粉土接觸作用下的拉拔摩擦強(qiáng)度-拉拔位移關(guān)系曲線τ-μ具有典型的非線性特征，試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建的雙曲線型本構(gòu)模型能夠較好地反映其非線性力學(xué)特性。

關(guān)鍵詞：土工布； 拉拔力學(xué)特性； 摩擦作用； 本構(gòu)模型

中圖法分類號(hào)：TU41

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.12.012

文章編號(hào)：1006-0081（2023）12-0072-04

0引言

土工布兼具造價(jià)低、易透水、協(xié)調(diào)能力好、易反濾、施工便利等一系列優(yōu)點(diǎn)，在水庫、河道、抽水蓄能電站等水利水電工程，尤其是土質(zhì)邊坡坡面生態(tài)防護(hù)工程中得到廣泛應(yīng)用［1-3］。

土工布生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)由下部耕植土、防護(hù)層、上部耕植土3個(gè)部分組成，土工布與上下接觸材料之間存在拉拔摩擦關(guān)系。在坡面生態(tài)防護(hù)工程實(shí)踐中，由于基礎(chǔ)差異沉降，土工布因3層材料變形不協(xié)調(diào)，而導(dǎo)致其與上、下部的接觸材料之間發(fā)生拉拔摩擦位移，這種拉拔摩擦位移不斷積聚使土工布局部產(chǎn)生“夾具效應(yīng)”，張拉變形不斷增大直至破壞［4-6］。部分學(xué)者對(duì)土工布及其接觸材料之間的力學(xué)特性做了研究，但有關(guān)本構(gòu)模型構(gòu)建方面的探究相對(duì)較少［7-9］。坡面生態(tài)防護(hù)工程中，土工布嵌入土體內(nèi)部，土工布與土體之間的拉拔力學(xué)特性對(duì)坡面防護(hù)效果及邊坡淺表層穩(wěn)定至關(guān)重要［10-11］，開展土工布及坡面土體間的拉拔力學(xué)特性研究十分必要。

1試驗(yàn)設(shè)備及原理

1.1試驗(yàn)設(shè)備

土工布拉拔試驗(yàn)設(shè)備如圖1中所示，該設(shè)備主要

由拉拔模塊、豎向加載模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊等3個(gè)部

分組成。土工布拉拔模塊由上、下兩個(gè)試驗(yàn)盒組成，試驗(yàn)盒內(nèi)放置土工布上保護(hù)層和下墊層材料，二者中間放置土工布。試驗(yàn)過程中對(duì)土工布施加拉拔位移，使得土工布與其接觸材料之間發(fā)生拉拔摩擦。豎向加載模塊向土工布上保護(hù)層施加豎向荷載σz，以此模擬工程中的荷載作用。數(shù)據(jù)記錄方面，試驗(yàn)過程中的傳感器主要用于記錄土工布的拉拔摩擦力F及拉拔位移μ。

1.2試驗(yàn)原理

2土工布拉拔摩擦本構(gòu)模型構(gòu)建

2.1試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果

2.2拉拔摩擦本構(gòu)模型構(gòu)建

3結(jié)論

本文對(duì)坡面生態(tài)防護(hù)土工布與其接觸的粉土之間的拉拔摩擦受力特點(diǎn)進(jìn)行分析，指出了土工布及其兩側(cè)接觸土體的作用機(jī)理。詳細(xì)介紹了土工布拉拔儀試驗(yàn)設(shè)備及其試驗(yàn)原理，利用土工布拉拔儀對(duì)不同豎向荷載作用下的土工布與其接觸面之間的力學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并就σz=25～100 kPa的多種覆土壓力條件下，土工布拉拔摩擦τ-μ曲線做了對(duì)比，結(jié)果顯示土工布在坡面粉土接觸作用下的τ-μ具有典型的非線性特征。隨著拉拔位移的增大，拉拔摩擦強(qiáng)度同步增大，但增速不斷減緩并趨于穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文所推導(dǎo)的土工布在接觸拉拔摩擦作用下的雙曲線本構(gòu)模型能夠較好地反映土工布與坡面土體間的非線性力學(xué)特征，可為相關(guān)力學(xué)特性研究提供參考。

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（編輯：唐湘茜，張爽）

Construction of constitutive model under pull-out friction of geotextile

REN Zedong WANG Lu

（1.China Renewable Energy Engineering Institute，Beijing 100120，China；

2.Beijing Municipal Bureau of Coordinated Administrative Law Enforcement for Urban Management，Beijing 100045，China）

Abstract：As an important material in slope ecological protection engineering，geotextile was used to investigate the tensile mechanical constitutive relationship between it and the upper and lower cushion materials.Through the tensile mechanical performance test of geotextile，the tensile friction test of geotextile under various vertical load conditions with a vertical stress of 25～100 kPa was studied，and a hyperbolic type of geotextile tensile friction constitutive model was derived and constructed.The results indicated that the tensile friction strength displacement relationship curve of geotextile under the contact effect of slope silt had typical non-linear characteristics，and the hyperbolic constitutive model constructed from experimental data can better reflect its non-linear mechanical characteristics.

Key words：geotextile； pull-out properties； friction； constitutive model