含水率對(duì)加筋噴播土壤耦合力學(xué)特性影響研究

劉連肖， 洪 波， 董文彬， 孫鐘野, 宋萬(wàn)里， 宋 霞

(1.中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院，山東 青島 266100； 2.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100； 3.江蘇盛立環(huán)保工程有限公司山東分公司，山東 青島 266071； 4.威海市交通管理局，山東 威海 264200； 5.山東交通職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261000)

含水率對(duì)加筋噴播土壤耦合力學(xué)特性影響研究

劉連肖1， 洪 波2?， 董文彬3， 孫鐘野2, 宋萬(wàn)里4， 宋 霞5

(1.中國(guó)海洋大學(xué)工程學(xué)院，山東 青島 266100； 2.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100； 3.江蘇盛立環(huán)保工程有限公司山東分公司，山東 青島 266071； 4.威海市交通管理局，山東 威海 264200； 5.山東交通職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261000)

利用自制的拉拔儀器，通過(guò)麻繩加筋噴播土壤的力學(xué)測(cè)試，研究了含水率對(duì)麻繩-噴播土壤界面耦合力學(xué)特性的影響。該研究主要包括兩組試驗(yàn)，第1組試驗(yàn)測(cè)試結(jié)構(gòu)性破壞的噴播土壤力學(xué)特性；第2組試驗(yàn)測(cè)試保持結(jié)構(gòu)性的噴播土壤的力學(xué)特性。結(jié)果表明：第1組試驗(yàn)中麻繩與噴播土壤耦合力學(xué)特性受含水率影響明顯，隨著含水率升高，麻繩拉拔強(qiáng)度呈線性減小，含水率對(duì)摩擦角的影響不明顯，黏聚力隨著含水率升高呈現(xiàn)指數(shù)式下降；第2組試驗(yàn)中麻繩與噴播土壤耦合力學(xué)特性受含水率影響同樣明顯，麻繩與噴播土壤作用的峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度隨含水率升高呈指數(shù)下降。

麻繩；噴播土壤；拉拔試驗(yàn)；含水率；強(qiáng)度

以客土噴播為形式的土壤重建和植被建植技術(shù)發(fā)展迅速，開始得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用，已有逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)坡面工程防護(hù)構(gòu)筑物的趨勢(shì)[1]。在噴播技術(shù)中，為給植物營(yíng)造穩(wěn)定的生存環(huán)境，噴播土壤中添加了大量改善土壤特性的團(tuán)粒劑、黏結(jié)劑以及促進(jìn)植物生長(zhǎng)的有機(jī)物質(zhì)[2]。這導(dǎo)致了土壤抗剪強(qiáng)度普遍較低[3]，土壤結(jié)構(gòu)易失穩(wěn)。為此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，需對(duì)噴播土壤進(jìn)行加筋處理，筋材作為噴播層的載體和固件，避免了客土發(fā)生脫落、滑移現(xiàn)象。

噴播土壤的加筋過(guò)程直接增加了土體的強(qiáng)度，這種強(qiáng)度的變化是由土壤與筋材界面的耦合力學(xué)特性決定的[4]。土體強(qiáng)度變化受土體和筋材的種類、結(jié)構(gòu)以及含水率的影響。工程實(shí)踐中，筋材基本不發(fā)生改變，土體的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)一般也不會(huì)發(fā)生太大變化，然而在天然情況下，土體的含水率受到降水、蒸發(fā)、灌溉的影響，筋材-噴播土壤界面的耦合力學(xué)特性因含水率變化而發(fā)生變化[5]。目前，對(duì)筋-土界面特性的研究多以含水率為定值，研究不同筋材在相關(guān)土體中力學(xué)特性，如Hausmann等通過(guò)直剪試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)對(duì)拉伸土工格柵與粉煤灰的界面摩擦特性進(jìn)行了研究；尹光志等通過(guò)拉拔試驗(yàn)研究了以加筋帶和土工格柵為筋材，以有色金屬銅礦的細(xì)粒尾礦為填料的界面作用特性；劉霖等通過(guò)直剪試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)研究了土工格柵與風(fēng)積砂土的界面作用特性[6-8]。對(duì)不同含水率在筋-土界面影響的試驗(yàn)研究相對(duì)較少，涉及的加筋材料和土壤種類多樣，如：彭淑君等研究了不同含水率下，土工網(wǎng)加筋黃土后的水敏感性；王生新等研究了不同含水率對(duì)麥秸稈加筋鹽漬土的抗壓強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變的變化規(guī)律；王培清等研究了不同含水量情況下，土工格柵加筋石灰改良膨脹土的抗剪強(qiáng)度和摩擦特性[9-11]。目前含水率對(duì)加筋噴播土壤的筋-土界面力學(xué)特性影響研究很少。噴播土壤作為一種結(jié)構(gòu)性特殊、工程應(yīng)用廣泛的土壤，研究不同含水率條件下，筋材與噴播土壤界面耦合力學(xué)特性有助于理解噴播土壤加筋機(jī)制，為噴播工程設(shè)計(jì)、應(yīng)用提供力學(xué)借鑒。

為此，本文利用自行設(shè)計(jì)制作的儀器設(shè)備，分別以結(jié)構(gòu)破壞的噴播土壤和保持結(jié)構(gòu)性的噴播土壤為填料，在不同的含水率條件下進(jìn)行了多組筋材拉拔試驗(yàn)，研究噴播土壤加筋后界面耦合作用下的力學(xué)特性。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本文試驗(yàn)所用土壤為青島某邊坡噴播用土，其有機(jī)質(zhì)含量為6.3%，塑性指數(shù)為32.5%。其它指標(biāo)如表1所示。試驗(yàn)采用筋材為麻繩，直徑為2 mm，主要成分為黃麻纖維，麻繩試驗(yàn)長(zhǎng)度為1 m。

表1 土壤主要物理性指標(biāo)

注：D60為限制粒徑；D10為有效粒徑；Cu為不均勻系數(shù)；Cc為曲率系數(shù)。

Notes:D60 is the controlgrain size；D10 is the effective size；Cuis the coefficient of nonuniformity；Ccis the coefficient of curvature.

1.2 試驗(yàn)方法

本文主要設(shè)計(jì)兩組試驗(yàn)，第1組試驗(yàn)?zāi)康氖强疾焱寥澜Y(jié)構(gòu)破壞條件下，麻繩-噴播土壤界面力學(xué)特性；由于實(shí)際工程中噴播土壤主要位于結(jié)構(gòu)表層，受重力影響較小，第2組試驗(yàn)，不考慮壓應(yīng)力對(duì)噴播土壤力學(xué)性質(zhì)影響，添加團(tuán)粒劑和黏結(jié)劑使試樣產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性，考察麻繩-噴播土壤界面的力學(xué)特性。兩組試驗(yàn)分別通過(guò)獨(dú)立的試樣制備方法和試驗(yàn)方式進(jìn)行研究。

1.2.1 第1組試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)原理 試驗(yàn)原理如圖1所示，該試驗(yàn)裝置主要由試驗(yàn)容器、加壓杠桿、位移傳感器、拉力傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成，加壓杠桿主要包括砝碼、橫梁、支撐架和加壓桿。試驗(yàn)容器用于盛放噴播土樣，其外徑10 cm，內(nèi)徑9.5 cm，高度9.5 cm，側(cè)面距底部對(duì)稱布置直徑2 cm的孔用于麻繩穿過(guò)。為保證土壤承受足夠的垂向壓力，試驗(yàn)容器上部配有厚度5 mm、直徑9 cm能夠在容器內(nèi)上下自由移動(dòng)的鋼制圓板。加壓杠桿主要作用是給試驗(yàn)容器提供壓應(yīng)力，由于采用了杠桿原理使得只需很小的力便可以實(shí)現(xiàn)足夠大的壓應(yīng)力。拉力傳感器、位移傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)構(gòu)成了一套完整的麻繩拉力和位移采集系統(tǒng)，其采樣頻率最高可達(dá)1 kHz。

試驗(yàn)時(shí)，需將盛裝土樣的試驗(yàn)容器固定于加壓杠桿上，然后通過(guò)加壓杠桿施加壓應(yīng)力；開啟傳感器和數(shù)據(jù)采集器，按照10 mm/min的速度拉動(dòng)麻繩，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將自動(dòng)記錄麻繩的拉力和位移。

圖1 第1組試驗(yàn)力學(xué)測(cè)試原理圖

(2)試樣制備 首先在實(shí)驗(yàn)室，按照噴播土壤工程施工配置方式，在土壤中添加團(tuán)粒劑、黏結(jié)劑以及有機(jī)物，配置含水率為60%的噴播土壤土料，然后將土料在實(shí)驗(yàn)室塑料箱內(nèi)自然風(fēng)干，不斷將固結(jié)的土壤碾碎，并測(cè)試含水率，當(dāng)土壤的含水率不再變化，此時(shí)含水率為4%，認(rèn)為噴播土壤已自然干燥，團(tuán)粒劑和黏結(jié)劑產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性消失。

填裝試樣過(guò)程:

(a)填裝試樣前，用凡士林將試驗(yàn)容器側(cè)壁進(jìn)行潤(rùn)滑，填裝試樣時(shí)，先稱取一半土樣放入模具，撫平表面。

(b)李建等對(duì)波形和直線形纖維拉拔試驗(yàn)研究中指出了“齒峰”對(duì)試驗(yàn)的影響[12]，為減小前段麻繩對(duì)其后麻繩的影響，并增加試驗(yàn)時(shí)接觸面的作用力，在麻繩的一端打節(jié)并拉緊，打節(jié)方式為“半節(jié)”，經(jīng)測(cè)量打節(jié)處麻繩直徑約為拉直時(shí)直徑的三倍。將繩子打節(jié)一端通過(guò)孔洞后，將繩節(jié)緊置于筒內(nèi)側(cè)，另一端拉直后穿過(guò)另一孔洞連接到拉力傳感器夾具上。

(c)加入另一半土壤，撫平表面，將鋼制圓板平壓在土壤上。

依據(jù)上述方法，通過(guò)添加蒸餾水的方式，本文共制備含水率為4%、15%和30%的3組樣品，每組3個(gè)試樣，共計(jì)9個(gè)試樣，其中壓應(yīng)力的荷載條件如表2所示。

表2 載荷條件

1.2.2 第2組試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)原理 在第1組試驗(yàn)基礎(chǔ)上舍棄了加壓杠桿，同時(shí)為有利于試樣制備，將試驗(yàn)容器調(diào)整為PVC材質(zhì)的圓柱形開口管，其長(zhǎng)度為20 cm，內(nèi)徑為7 cm，開口管周圍均勻布有圓孔以方便土壤水分排出，如圖2所示。

圖2 第2組試驗(yàn)力學(xué)測(cè)試原理圖

試驗(yàn)時(shí)將填裝噴播土壤的試驗(yàn)容器卡在固定擋板后，按照第1組試驗(yàn)操作流程進(jìn)行試驗(yàn)。

(2)試樣制備 將與第1組試驗(yàn)同批次配置的噴播土壤土料(含水率60%)，裝入塑料袋內(nèi)密封養(yǎng)護(hù)2 d，使土料中水分分布均勻。

填裝試樣過(guò)程:

(a)將麻繩拉直穿過(guò)圓柱容器的軸心,麻繩一端打節(jié)(如第1組試驗(yàn)麻繩打節(jié)方式)，繩結(jié)置于開孔管底面內(nèi)側(cè)，麻繩拉直；

(b)將噴播土壤填入用凡士林潤(rùn)滑側(cè)壁的模具中，直至填滿；

(c)將圓柱形容器兩端用保鮮膜覆蓋，放置于陰涼處，使試樣水分經(jīng)過(guò)圓孔排出，自然風(fēng)干；

按照上述方式，制成相同規(guī)格樣品8組，每隔2天進(jìn)行一組土料拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后立即測(cè)定其含水率，記錄相關(guān)結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 第1組試驗(yàn)結(jié)果分析

圖3給出了不同含水率下，壓應(yīng)力對(duì)麻繩與噴播土壤之間拉力與拉拔位移影響曲線。從圖中可以看出3組試驗(yàn)曲線總體上具有一致性，即隨著麻繩位移的增加，拉力從0逐漸增加，當(dāng)達(dá)到峰值后，拉力則逐漸下降，殘余強(qiáng)度不明顯，繩結(jié)被拉出時(shí)，拉力幾乎為0，麻繩繼續(xù)被拉拔，拉力測(cè)量值不再發(fā)生變化。圖中展現(xiàn)的另外一個(gè)趨勢(shì)是相同含水率條件下，隨著施加壓力增加，拉力峰值也普遍增加。而在相同載荷下，隨著含水率增加，拉力不斷減小，以58.44 kPa為例，可以看出4%、15%、30%含水率下，麻繩所受的最大拉力分別為70、64和56 N，其它兩組試驗(yàn)同樣表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)。為進(jìn)一步分析含水率與壓應(yīng)力對(duì)麻繩與噴播土壤耦合作用影響，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的整理與分析。

麻繩的繩結(jié)可作為3 mm的球形，剩余段麻繩作為9.4 cm、半徑1 mm的圓柱，則對(duì)應(yīng)的麻繩-土壤界面實(shí)際接觸面積為7.03 cm2?？紤]到相對(duì)于麻繩的直徑(2 mm)，試驗(yàn)容器的寬度足夠大(內(nèi)徑為9.5 cm)，麻繩對(duì)土壤的拉力可視為對(duì)噴播土壤的剪切力。為便于對(duì)比，圖4給出了土壤不同壓應(yīng)力下，剪切強(qiáng)度與含水率及線性擬合曲線，圖5給出了土壤在不同含水率下，壓應(yīng)力與剪切強(qiáng)度及線性擬合的曲線。

圖3 不同含水率條件下，拉力與拉拔位移關(guān)系曲線

圖4 不同壓應(yīng)力條件下，剪切強(qiáng)度與含水率關(guān)系曲線

圖5 不同含水率條件下，剪切強(qiáng)度與壓應(yīng)力關(guān)系曲線

從圖4可以看出同一壓應(yīng)力下，隨著含水率升高，麻繩-土壤界面的剪切強(qiáng)度下降，在各級(jí)壓力下，有線性下降的趨勢(shì)。如，在58.44 kPa載荷作用下，剪切強(qiáng)度從自然干燥狀態(tài)下的99 kPa，下降到含水率為30%的79 kPa。

從圖5可以看出，同一含水率的土壤，麻繩-土壤界面的剪切強(qiáng)度與壓應(yīng)力成正比，兩者間剪切強(qiáng)度隨著壓應(yīng)力增加而增加。這一現(xiàn)象充分反映了土壤壓硬性的基本特性。隨著壓應(yīng)力增加，土顆粒受到擠壓而密實(shí)，土粒間的咬合力以及土粒對(duì)麻繩的咬合力增大，這也是土壤壓硬性特性的基本反映。麻繩和土壤界面的力學(xué)特性說(shuō)明相同含水率情況下，增加噴播土壤的密實(shí)度有助于提高噴播土壤的穩(wěn)定性。

雖然隨著壓應(yīng)力增加，麻繩-土壤界面的剪切強(qiáng)度也是增加的，但分析曲線規(guī)律可見，圖5中不同含水率下強(qiáng)度變化曲線幾乎是平行的，即曲線的斜率是一致的。將試驗(yàn)中的強(qiáng)度變化趨勢(shì)采用摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則[13](式1)表達(dá)，則可以看出，含水率對(duì)麻繩-土壤之間的摩擦角影響較小，對(duì)黏聚力影響較大。由此可認(rèn)為含水率變化改變了麻繩-土壤界面的結(jié)構(gòu)性。

τf=σtgφ+c。

(1)

式中：τf為剪切強(qiáng)度；σ為剪切面上的壓壓力；tgφ為界面摩擦系數(shù)；φ為摩擦角；c為黏聚力。

將圖5的試驗(yàn)曲線，延伸至縱坐標(biāo)，取其與縱坐標(biāo)交點(diǎn)，則為麻繩-土壤黏聚力(見圖6)。分析黏聚力與含水率的相關(guān)關(guān)系可知，隨著含水率增加，黏聚力不斷減小，且這種變化規(guī)律呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。

2.2 第2組試驗(yàn)結(jié)果分析

圖7為保持噴播土壤結(jié)構(gòu)性條件下，在不同含水率時(shí)，麻繩-土壤界面拉力與麻繩位移的關(guān)系曲線。從圖可以看出，隨著麻繩位移增加，拉力快速上升到峰值，后逐漸下降，麻繩繩結(jié)移動(dòng)到開孔管中段位置時(shí)，拉力繼續(xù)下降，逐漸達(dá)到穩(wěn)定值。與第1組試驗(yàn)拉力變化曲線不同的是，第2組試驗(yàn)拉力峰值過(guò)后，仍然具有一定的強(qiáng)度，可稱為殘余強(qiáng)度。為分析含水率對(duì)峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度的影響，取每個(gè)試驗(yàn)的典型峰值強(qiáng)度和典型殘余強(qiáng)度，將含水率納入其中，從而得出峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度與含水率之間的關(guān)系曲線，如圖8所示。

圖6 黏聚力與含水率關(guān)系曲線

圖7 不同含水率條件下，拉力與拉拔位移關(guān)系曲線

圖8 峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度與含水率關(guān)系曲線

從圖7中可以明顯看出，峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度對(duì)噴播土壤含水率具有明顯的敏感性，并且隨著含水率變化呈現(xiàn)遞減變化，這與第1組試驗(yàn)噴播土壤隨含水率變化趨勢(shì)具有一致性。從圖8中可以看出峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度與含水率變化的關(guān)系符合指數(shù)變化規(guī)律，因此可用式2來(lái)表示：

τ=?xβ。

(2)

式中:τ為峰值強(qiáng)度；x為含水率；?為系數(shù)；β為冪系數(shù)。通過(guò)式2得到峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度的擬合參數(shù)分別為：τ1=427 65x-1.933、τ2=280 279x-2.707。

3 討論

巖土材料一般是由不同粒徑構(gòu)成的3相顆粒材料，具有壓硬性、剪脹性、摩擦性及結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)。常規(guī)飽和巖土材料的強(qiáng)度可用摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則來(lái)描述，但由于非飽和土中基質(zhì)吸力的存在，土的強(qiáng)度特性往往表現(xiàn)出與含水率具有相關(guān)性。隨著土體含水率升高，土壤孔隙中水分增加，毛細(xì)效應(yīng)減少，基質(zhì)吸力不斷減小。作為黏聚力的重要組成部分，基質(zhì)吸力的減小導(dǎo)致了麻繩-噴播土壤的剪切力不斷減小[14-16]。申春妮等[17]對(duì)粉質(zhì)壤土研究結(jié)果表明黏聚力隨著含水率增加線性減小。黃琨等[5]對(duì)粉砂土的試驗(yàn)結(jié)果顯示黏聚力隨著含水率呈線性關(guān)系下降，含水率主要降低土的黏聚力。而繆林昌、姜獻(xiàn)民等[18-19]則認(rèn)為重塑膨脹土的黏聚力與含水率呈現(xiàn)對(duì)數(shù)關(guān)系。梁斌等[20]通過(guò)對(duì)不同含水率的重塑紅黏土的直剪試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，黏聚力隨含水率增加到一定值后開始下降。上述學(xué)者的試驗(yàn)研究結(jié)果表明含水率對(duì)土體強(qiáng)度的影響具有普遍性。在理論方面，Bishop和Fredlund等[14-15]基于摩爾-庫(kù)倫的強(qiáng)度準(zhǔn)則認(rèn)為土的強(qiáng)度由凝聚力、外力產(chǎn)生的摩擦強(qiáng)度及吸力所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦強(qiáng)度(表觀凝聚力)構(gòu)成，盧肇鈞等[16]認(rèn)為常規(guī)試驗(yàn)方法測(cè)得的凝聚力實(shí)際包含真凝聚力和各種不同的表觀凝聚力，并在Bishop和Fredlund上述基礎(chǔ)上，將含水率納入表觀凝聚力中，并提出了以膨脹壓力為基礎(chǔ)的吸附強(qiáng)度理論，表觀凝聚力可用含水率的冪函數(shù)描述，從理論上將含水率對(duì)土體強(qiáng)度的影響。

τf=c+(?-ua)tgφ+mPstgφ,

(3)

ps=Aωλ。

(4)

式中:ua為空隙氣壓力；m為膨脹力的有效系數(shù)；Ps體積不變條件下浸水測(cè)定的非飽和土的膨脹力；ω為含水率；A,λ為土的參數(shù)，可通過(guò)測(cè)定多組土的膨脹力和含水率回歸擬合獲得。

上述為含水率對(duì)土體強(qiáng)度特性的關(guān)系，實(shí)際上加筋材料與土的黏聚力受到含水率的影響，如：王培清等[11]對(duì)土體與土工格柵界面抗剪強(qiáng)度與摩擦特性研究中指出土體含水率接近最優(yōu)含水率時(shí)，黏聚力較大，低于最優(yōu)含水率的土體，隨著含水率的增加，筋土間的黏聚力呈明顯增加的線性關(guān)系，超過(guò)最優(yōu)含水率時(shí)，隨著含水率的增加，黏聚力呈明顯減小趨勢(shì)；植物根系作用在土壤中，相當(dāng)于加筋土中的加筋材料，胡寧等[21]在根/土復(fù)合體研究中，指出一定范圍內(nèi)，黏聚力隨著含水率先上升后下降。

本文試驗(yàn)結(jié)果表明：噴播土壤在第1組試驗(yàn)條件下，含水率對(duì)其強(qiáng)度的影響主要作用在黏聚力上，黏聚力隨著含水率呈指數(shù)變化；噴播土壤在第2組試驗(yàn)條件下，峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均呈現(xiàn)指數(shù)變化，這同時(shí)代表黏聚力呈指數(shù)變化。這種試驗(yàn)結(jié)果與某些土的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果具有相似性，特別指出的是在理論方面，本試驗(yàn)結(jié)果盧肇鈞提出的土吸附強(qiáng)度理論中黏聚力變化規(guī)律一致，而與加筋材料-土相互作用試驗(yàn)結(jié)果明顯不同。分析其主要原因可能是與麻繩的性質(zhì)有關(guān)，本試驗(yàn)所用麻繩表面粗糙不平，股與股之間形成很多凹槽和凸起，麻繩表面微觀形態(tài)和凹凸性類似于土顆粒的性質(zhì)，麻繩在噴播土壤的拉拔試驗(yàn)，可看作將土顆粒(麻繩)摻雜在噴播土壤中進(jìn)行拉拔，而聚乙烯和小葉錦雞兒直根均不具有麻繩的上述性質(zhì)。

現(xiàn)有的研究表明[17]粉質(zhì)壤土摩擦角隨著含水率線性減小，但不如黏聚力減小幅度明顯；砂土內(nèi)摩擦角隨含水率的變化規(guī)律為先增大后減小，變化幅度不大[22]；非飽和粉砂土的摩擦角隨含水率增加而下降，變化不大[5]；巖溶地區(qū)黃壤土內(nèi)摩擦角在各干密度條件下隨含水率增加表現(xiàn)出明顯的減小趨勢(shì)[23]。上述表明含水率對(duì)不同土壤摩擦角的影響差異較大，與土壤的種類、物理性質(zhì)密切相關(guān)。在第1組試驗(yàn)中，含水率對(duì)摩擦角的影響不明顯。盧肇鈞等[24]通過(guò)大量試驗(yàn)總結(jié)，非飽和土的內(nèi)摩擦角主要取決于土的礦物成分。摩擦角是由噴播土壤和麻繩的特性所共同決定的，含水率對(duì)麻繩和噴播土壤隨礦物質(zhì)成分影響很小，這也表明摩擦角影響不明顯的結(jié)論是合理的。

4 結(jié)論

本文利用自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置，研究了麻繩與噴播土壤之間力學(xué)特性。并取得了以下結(jié)論：

(1)對(duì)于添加劑失效、結(jié)構(gòu)破壞的噴播土壤，含水率對(duì)界面強(qiáng)度影響主要體現(xiàn)在對(duì)黏聚力的影響，對(duì)摩擦角影響幾乎為0；隨著含水率增加，黏聚力不斷減小，且這種變化規(guī)律幾乎呈指數(shù)關(guān)系。

(2)對(duì)于添加劑有效、結(jié)構(gòu)未破壞的噴播土壤,含水率對(duì)麻繩-土壤界面峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度影響均呈現(xiàn)冪函數(shù)遞減趨勢(shì)變化。含水率對(duì)強(qiáng)度的影響主要體現(xiàn)在吸力所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦強(qiáng)度。

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責(zé)任編輯 龐 旻

Study on Influence of Moisture Content on Coupling Mechanical Properties of Reinforced Sprayed-Soil

LIU Lian-Xiao1, HONG Bo2, DONG Wen-Bin3, SUN Zhong-Ye2, SONG Wan-Li4, SONG Xia5

(1.College of Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2.College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 3.Shandong Branch Company of Jiangsu Shengli Environmental Engineering Co., Ltd., Qingdao 266071, China; 4.Weihai City Traffic Administration, Weihai 264200, China; 5.Shandong Transport Vocational College, Weifang 261000, China)

On the basis of a self-designed tensile equipment, a series of mechanical experiments were carried out on sprayed-soil reinforced with geotechnical cord to study influence of moisture content on coupling mechanical properties of cord-soil interface. The study mainly include two groups of experiments, one group focusing on mechanical properties of disturbed sprayed-soil and the other on mechanical properties of undisturbed sprayed-soil. Experimental results show that for the disturbed group, moisture content has a significant influence on the coupling mechanical properties of cord-soil interface, and with the increasing of moisture content, tensile strength along the cord decreases linearly; variation of moisture content exerts an insignificant influence on frictional angle, while cohesive force decreases exponentially with the increasing of moisture content. For the undisturbed soil, variation of moisture content also exerts the same significant influence on the coupling mechanical properties; peak strength and residual strength of cord-soil interface decline exponentially with the increasing of moisture content.

hemp rope; sprayed-soil; tensile experiment; moisture content; strength

2016-03-29；

2016-07-20 作者簡(jiǎn)介：劉連肖(1992-)，男，碩士生。E-mail：178820607@qq.com

TU411

A

1672-5174(2017)03-110-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20160095

劉連肖， 洪波， 董文彬, 等. 含水率對(duì)加筋噴播土壤耦合力學(xué)特性影響研究[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2017, 47(3): 110-116.

LIU Lian-Xiao, HONG Bo, DONG Wen-Bin, et al. Study on influence of moisture content on coupling mechanical properties of reinforced sprayed-soil[J]. Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(3): 110-116.

* 通訊作者：E-mail: hdhongbo@163.com