加筋地基室內(nèi)大模型試驗(yàn)尺寸效應(yīng)分析

　　摘 要：為了研究基礎(chǔ)尺寸效應(yīng)對(duì)加筋地基的影響，利用自行設(shè)計(jì)的3 000 mm(L)×1 600 mm(W)×2 000 mm(H)大比例模型箱，進(jìn)行不同寬度加載板的載荷試驗(yàn)，分析方形基礎(chǔ)下加筋地基的荷載—沉降關(guān)系、土壓力分布和土工格柵的受力變形規(guī)律，探討尺寸效應(yīng)對(duì)加筋地基破壞模式的影響.研究表明：隨著加載板寬度(B)的增加，加筋地基的極限承載力也隨之增大，B=300 mm、400 mm、500 mm的極限承載力比B=200 mm時(shí)分別增大1.07、1.13、1.27倍.B=200 mm時(shí)加筋地基的破壞模式為沖切破壞，B≥300 mm時(shí)為整體剪切破壞.在豎向荷載小于 240 kPa時(shí)，土工格柵應(yīng)變很小，格柵加筋作用較弱;隨豎向荷載進(jìn)一步增大，格柵加筋作用明顯增強(qiáng)，地基達(dá)到極限承載力時(shí)格柵應(yīng)變最大;格柵應(yīng)變隨加載板尺寸增大而增大，隨距加載板中心距離的增大而減小，且呈非線性變化.

　　關(guān)鍵詞：加筋地基;尺寸效應(yīng);地基承載力;破壞模式

　　《中國住宅設(shè)施》(月刊)創(chuàng)刊于2003年，是由建設(shè)部主管，中國房地產(chǎn)及住宅研究會(huì)主辦，住宅設(shè)施委員會(huì)承辦的住宅設(shè)施領(lǐng)域唯一的中央級(jí)專業(yè)性科技類期刊。

　　0 引言

　　載荷試驗(yàn)具有簡(jiǎn)單直觀、數(shù)據(jù)可靠等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于確定地基承載力，但其受外界因素影響較大，如壓板埋設(shè)深度、土體的均勻性及透水性、每級(jí)荷載沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)、加載板的形狀及尺寸等，尤其以加載板尺寸對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響最大，故研究加載板的尺寸效應(yīng)很有必要.

　　目前，國內(nèi)外眾多學(xué)者利用試驗(yàn)及數(shù)值模擬對(duì)不同形式的地基尺寸效應(yīng)做了大量的研究工作.Abu-Farsakh[1]，Moghadas Tafreshi[2]等學(xué)者指出，基礎(chǔ)的極限承載力隨著基礎(chǔ)寬度的增加而增加;張文龍等[3]通過內(nèi)蒙粉細(xì)砂進(jìn)行原位載荷試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加載板寬度介于一定范圍內(nèi)存在尺寸效應(yīng)，但加載板寬度超出一定范圍后，尺寸效應(yīng)不明顯;劉鵬等[4]開展了4種加載板尺寸單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合地基沉降隨壓板尺寸增大而增大;Mehrjardi等[5]通過開展循環(huán)動(dòng)載下地基的載荷試驗(yàn)得出，隨著加載板的增大，動(dòng)載作用下地基的承載力也隨之增大;張玉成等[6]對(duì)比分析不同加載板寬度下的地基沉降，基于非線性切線模量推導(dǎo)出如何利用小加載板載荷試驗(yàn)結(jié)果得出實(shí)際P-s曲線;李勝偉等[7]采用ABAQUS有限元分析軟件模擬條形荷載下雙層地基的載荷試驗(yàn)，得出了隨著加載板寬度的增加，地基沉降也隨之增加，但增長幅度逐漸變緩.楊光華等[8]基于FLAC3D軟件研究了不同寬度條形基礎(chǔ)下的地基承載力，認(rèn)為尺寸效應(yīng)在不同土質(zhì)條件下對(duì)地基承載力的影響程度不同;辛明靜[9]采用有限差分法FLAC3D軟件進(jìn)行了靜載作用下地基的載荷試驗(yàn)的模擬，得出了地基的沉降隨加載板尺寸的增加而減小;蔣明鏡等[10]用離散單元法模擬了平板基礎(chǔ)作用下的載荷試驗(yàn)過程，從細(xì)觀角度探索產(chǎn)生地基尺寸效應(yīng)的機(jī)理，得出隨著基礎(chǔ)寬度的增加，地基承載力系數(shù)隨之減小，然后逐漸趨于穩(wěn)定.

　　綜上所述，關(guān)于天然地基和復(fù)合地基的加載板尺寸效應(yīng)研究取得了較多的成果，但目前對(duì)于加筋地基的尺寸效應(yīng)研究較少.近年來，土工合成材料(土工格柵、土工格室等)在地基、路基應(yīng)用更加廣泛，且加筋地基承載機(jī)理及破壞模式較無筋地基存在一定程度的改變[11-14]，故有必要研究加筋地基承載特性受基礎(chǔ)尺寸變化的影響規(guī)律.本文采用自行設(shè)計(jì)的3 000 mm(L)×1 600 mm(W)×2 000 mm(H)模型箱，通過DJM-500雙軸振動(dòng)電液伺服加載系統(tǒng)對(duì)加筋地基施加豎向荷載，開展不同尺寸方形基礎(chǔ)的平板載荷試驗(yàn).根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)方形基礎(chǔ)下加筋地基的荷載-沉降關(guān)系、土壓力分布和土工格柵的受力變形進(jìn)行了分析，對(duì)比分析了不同寬度方形基礎(chǔ)下加筋地基的力學(xué)響應(yīng)，可為實(shí)際加筋工程設(shè)計(jì)提供有益參考.

　　1 室內(nèi)大模型試驗(yàn)概述

　　1.1 試驗(yàn)材料及特性

　　本次室內(nèi)試驗(yàn)采用的填埋材料為柳州市本地普通河砂，顆分結(jié)果確定其為級(jí)配良好的中砂，圖1為砂土的級(jí)配曲線，采用常規(guī)土工測(cè)試方法測(cè)定其參數(shù)，所得基本物理性質(zhì)見表1.

　　本次試驗(yàn)所用土工格柵是山東省肥城聯(lián)誼工程塑料有限公司所生產(chǎn)，如圖2所示，具體技術(shù)指標(biāo)見表2.

　　1.2 試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)裝置由3部分組成：模型箱、DJM-500雙軸振動(dòng)電液伺服加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖3所示.

　　本次試驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的尺寸為3 000 mm(L)×1 600 mm(W)×2 000 mm(H)大體積模型箱.模型箱外側(cè)焊有槽鋼鋼架以保證足夠的剛度，長度方向兩側(cè)分別為20 mm的鋼化玻璃和6 mm的鋼板，便于砂土的填筑與壓實(shí).在寬度方向焊接三角鋼用以放置10 mm厚的鋼板，每側(cè)4塊，在填筑過程中依次安裝.

　　試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集采用JM3841動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和JMZR2012柔性位移采集模塊.在土體預(yù)定位置處埋設(shè)土壓力盒采集水平和豎向土壓力，將柔性位移計(jì)固定在土工格柵指定位置處來獲取筋材的變形量，采用DJM-500雙軸振動(dòng)電液伺服加載系統(tǒng)施加荷載，地基土體的沉降由其系統(tǒng)中的傳感器實(shí)時(shí)讀取(10次/s).監(jiān)測(cè)元器件的埋設(shè)與整體布設(shè)見圖4.

　　試驗(yàn)所用加載設(shè)備是DJM-500雙軸振動(dòng)電液伺服加載系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)測(cè)取輸出荷載和沉降位移.本次試驗(yàn)主要探討加載板尺寸對(duì)加筋地基承載力的影響，故采用不同寬度的加載板模擬不同的方形基礎(chǔ)，板厚30 mm，通過螺栓與加載筒連接，加載過程中加載板不會(huì)發(fā)生彎曲變形.

　　1.3 試驗(yàn)方案

　　本次模型試驗(yàn)?zāi)M了加筋地基在方形基礎(chǔ)下的受力情況，主要探討靜載作用下不同寬度加載板對(duì)加筋地基承載性能的影響，共設(shè)計(jì)了4種工況的模型試驗(yàn)(如表3所示).