一种获取平面型筋-土界面拉拔力学行为的方法技术

本发明专利技术涉及一种获取平面型筋‑土界面拉拔力学行为的方法，包括以下步骤：(1)在一定上覆压力下，对加筋土结构的筋‑土界面实施一次拉拔试验，获取荷载‑位移曲线数据；(2)在获得的荷载‑位移曲线中，取三个特征点，将这三个点的数值代入计算公式，以确定控制参数；(3)将控制参数代入模型计算公式，确定各阶段的荷载位移‑曲线、剪应力分布、内部位移分布等力学行为曲线，并得到完整的力学行为特征曲线；(4)其他上覆压力时，换算步骤(2)的控制参数，重新代入步骤(3)，得到在其他上覆压力下的各力学行为特征曲线。与现有技术相比，本发明专利技术通过仅实施一次拉拔试验来确定所需要拉拔参数，可以很好地获取筋‑土界面拉拔力学行为。

A Method for Obtaining the Mechanical Behavior of Planar Reinforcement-Soil Interface during Drawing

【技术实现步骤摘要】
一种获取平面型筋-土界面拉拔力学行为的方法
本专利技术涉及加筋土结构
，具体涉及一种获取平面型筋-土界面拉拔力学行为的方法。
技术介绍
加筋土技术广泛的应用于土木工程建设中。土工合成材料作为一种重要的加筋材料，以其优越的工程特性在加筋土工程实践中被广泛使用，土工合成材料加筋土的筋土界面作用研究也逐渐成为了岩土工程研究的一个热点。国内外学者已经对加筋土筋土界面的相互作用机理进行了大量的研究，但由于加筋土筋土界面特性的影响因素众多，界面作用机理十分复杂，特别是当前对加筋粗粒土的筋土界面作用机理研究还比较缺乏，仍需对筋土界面特性进行的深入研究。拉拔试验主要用于测定土工合成材料埋在土内时与周围土体的摩擦特性。拉拔试验可更为合理地反映加筋土结构中筋材受力情况。常规的拉拔试验容易获取拉拔荷载-位移曲线，而要得到剪应力、轴力以及内部位移分布及演化规律，则需要安装应变片、柔性位移计等大量监测元件，且通常来说，必须做若干组不同上覆荷载条件下的拉拔试验才能得到完整数据，同时，该试验具有周期长、成本高、监测困难以及监测不稳定等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种获取平面型筋-土界面拉拔力学行为的方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种获取平面型筋-土界面拉拔力学行为的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在一定上覆压力下，对加筋土结构的筋-土界面实施一次拉拔试验，获取荷载-位移曲线数据；(2)在获得的荷载-位移曲线数据中，取三个数据点，将这三个数据的数值代入模型计算公式，以确定控制参数；(3)将控制参数代入模型计算公式，确定各阶段的荷载位移曲线，并将各阶段的荷载位移曲线连接在一起，即得到完整的力学行为特征曲线；(4)其他上覆压力时，换算步骤(2)的控制参数，重新代入步骤(3)，得到在其他上覆压力下的荷载-位移曲线。基于三线型界面剪切-滑移模型(考虑加筋土界面处的残余抗剪强度)，在一定的假设条件下，将全过程拔出行为可以分为弹性阶段、弹性-软化阶段、弹性-软化-滑移阶段、软化-滑移阶段和滑移阶段五个连续阶段，分别对应摘要附图中的OA段、AB段、BD段、DE段和EF段，其中第四、第五阶段为破坏阶段，试验过程中无法测量。步骤(2)所取的三个数据点分别为荷载-位移曲线第一阶段末端、第二阶段末端和曲线最高点。步骤(2)所取的三个数据点为A(u1,P1),B(u2,P2),C(u3,P3)，所述的控制参数包括δ1,δf,k,ad,du和τf，控制参数具体通过模型计算公式(1)-(4)确定：δ1＝u1，δf＝u2(1)Pdeb＝P2，Pu＝P3(2)其中，u1,u2,u3＝A,B,C点的位移；P1,P2,P3＝A,B,C点的拉拔力；δ1＝峰值剪切强度时的剪切位移；δf＝残余剪切强度时的剪切位移；Pdeb＝界面进入滑移破坏时拉拔力；Pu＝极限拉拔力；bg＝筋材宽度；τf＝峰值剪切强度；λ,λ1,λ2＝表示界面和增强材料属性的常量；k＝折减系数；ad＝滑移开始时的软化段长度；du＝极限拉拔力对应的滑移段长度。步骤(3)包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，其中：第一阶段的荷载-位移曲线通过模型计算公式(5)确定：第一阶段的内部位移分布通过模型计算公式(6)确定：第一阶段的内部剪应力分布通过模型计算公式(7)确定：其中，P＝拉拔力；δ＝剪切位移；τ＝界面剪切应力；L＝筋材长度；x＝离筋材尾部的距离。第二阶段的荷载-位移曲线通过模型计算公式(8)、(9)确定：第二阶段的内部位移分布通过模型计算公式(10)确定：第二阶段的内部剪应力分布通过模型计算公式(11)确定：其中，Δ＝筋材拉拔端总位移；a＝软化段长度；第三阶段的荷载-位移曲线通过模型计算公式(12)、(13)确定：第三阶段的内部位移分布通过模型计算公式(10)确定：第三阶段的内部剪应力分布通过模型计算公式(11)确定：τ＝kτf(15)其中，d＝滑移段长度。在其他上覆压力时，换算步骤(2)的控制参数，通过模型计算公式(16)、(17)确定：τf＝Γσv(16)其中，Γ＝界面剪切强度常数；σv＝土体上覆压力；φsr＝界面摩擦角；ν＝土体泊松比；ψ＝土体剪胀角；K0＝砂土侧向土压力系数。步骤(1)的荷载-位移曲线数据也可通过文献实验数据得到。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：通过仅实施一次拉拔试验来确定所需要拉拔参数，将这些参数代入本专利技术提出的基于三线型剪切-滑移模型的土工合成材料拉拔行为解析解，该解析解基于三线型界面剪切-滑移模型(考虑加筋土界面处的残余抗剪强度)，在一定的假设条件下，将全过程拔出行为可以分为弹性阶段、弹性-软化阶段、弹性-软化-滑移阶段、软化-滑移阶段和滑移阶段五个连续阶段。对于每个阶段，推导出了拉拔阻力-位移关系、界面剪应力分布和轴向应力分布沿筋材长度的封闭形式解，可以很好地获取筋-土界面拉拔力学行为，包括其他上覆荷载条件下的拉拔荷载-位移曲线、剪应力、轴力以及内部位移分布等，还能更好的指导土工合成材料的生产和生产工艺的改进，节省原材料，提高产品质量，增加加筋土工程的安全性，且对筋材的设计计算及施工优化具有重要的指导意义。本专利技术方法方便快捷，准确性好。附图说明图1为拉拔试验正视示意图；图2为拉拔试验俯视示意图；图3为拉拔试验得到的荷载-位移曲线；图4为逻辑流程框图；图5为计算预测的荷载-位移曲线与Perkins和Cuelho拉拔试验的对比；图6为计算预测内部位移分布与Perkins和Cuelho拉拔试验的对比。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例本实例采用Perkins和Cuelho在1999年所进行的土工织布拉拔试验进行验证，所有试验数据均取自那次试验。首先对想要探索的加筋土结构进行一次拉拔试验(设置上覆荷载为15kPa)，试验示意图如图1、2，通过文献实验数据，将得到的荷载-位移曲线，土体、平面型筋材的性质参数记录下来。如下表所示：表1：Perkins和Cuelho拉拔试验参数如图5所示，星号点表示上覆荷载为15kPa时所得到的荷载-位移数据，分别在荷载-位移曲线第一阶段末端，第二阶段末端和曲线最高点取三个控制点：A(2.3mm,6.9kN/m),B(11.5mm,15.9kN/m),C(25.6mm,19.8kN/m)，将三个控制点的数值代入方程(1)(2)(3)(4)，其他参数均为土体和筋材的几何与力学性质参数，得到6个控制参数δ1,δf,k,ad,du和τf。δ1＝u1&δf＝u2(1)Pdeb＝P2&Pu＝P3(2)计算所得到的控制参数如下表：表2：计算所得到的控制参数将6个参数代入公式(5)，得出第1阶段的荷载位移曲线；将6个参数代入公式(6)(7)，得到第1阶段的内部位移分布和剪应力分布，内部位移分布如图6曲线①所示将6个参数代入公式(8)(9)，联合可得出第2阶段的荷载位移曲线；将6个参数代入公式(10)(11)，得到第2阶段的内部位移分布和剪应力分布，内部位移分布如图6曲线②所示。将6个参数代入公式(12)(13)，得出第3阶段的荷载位移曲线；将6个参数代入公式(14)(15)，得到第3阶段的内部位移分布和剪应力分布，内部位移分布如图6曲线③所示。τ＝kτf(15)将上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获取平面型筋‑土界面拉拔力学行为的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在一定上覆压力下，对加筋土结构的筋‑土界面实施一次拉拔试验，获取荷载‑位移曲线数据；(2)在获得的荷载‑位移曲线数据中，取三个特征点，将这三个特征点的数值代入模型计算公式，以确定控制参数；(3)将控制参数代入模型计算公式，确定各阶段的荷载‑位移、剪应力分布、内部位移分布的力学行为特征曲线，并将各阶段的曲线连接在一起，即得到完整的力学行为特征曲线；(4)其他上覆压力时，换算步骤(2)的控制参数，重新代入步骤(3)，得到在其他上覆压力下的荷载‑位移曲线、剪应力分布、内部位移分布的力学行为特征曲线。

【技术特征摘要】
1.一种获取平面型筋-土界面拉拔力学行为的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在一定上覆压力下，对加筋土结构的筋-土界面实施一次拉拔试验，获取荷载-位移曲线数据；(2)在获得的荷载-位移曲线数据中，取三个特征点，将这三个特征点的数值代入模型计算公式，以确定控制参数；(3)将控制参数代入模型计算公式，确定各阶段的荷载-位移、剪应力分布、内部位移分布的力学行为特征曲线，并将各阶段的曲线连接在一起，即得到完整的力学行为特征曲线；(4)其他上覆压力时，换算步骤(2)的控制参数，重新代入步骤(3)，得到在其他上覆压力下的荷载-位移曲线、剪应力分布、内部位移分布的力学行为特征曲线。2.根据权利要求1所述的一种获取平面型筋-土界面拉拔力学行为的方法，其特征在于，步骤(2)所取的三个特征点分别为荷载-位移曲线第一阶段末端、第二阶段末端和曲线最高点。3.根据权利要求2所述的一种获取平面型筋-土界面拉拔力学行为的方法，其特征在于，步骤(2)所取的三个数据点为A(u1,P1),B(u2,P2),C(u3,P3)，所述的控制参数包括δ1,δf,k,ad,du和τf，控制参数具体通过模型计算公式(1)-(4)确定：δ1＝u1，δf＝u2(1)Pdeb＝P2，Pu＝P3(2)其中，u1,u2,u3＝A,B,C点的位移；P1,P2,P3＝A,B,C点的拉拔力；δ1＝峰值剪切强度时的剪切位移；δf＝残余剪切强度时的剪切位移；Pdeb＝界面进入滑移破坏时拉拔力；Pu＝极限拉拔力；bg＝筋材宽度；τf＝峰值剪切强度；λ,λ1,λ2＝表示界面和增强材料属性的常量；k＝折减系数；ad＝滑移开始时的软化段长度；du＝极限拉拔力...

【专利技术属性】
技术研发人员：任非凡，刘铨，黄强强，徐超，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31