论文速递 | 不同剪切方向下土工格栅-土界面剪切行为的离散元研究

在土工格栅加筋土结构设计中，通常假设筋材受力方向与肋条方向一致。然而，在实际工程应用中，如复杂地形或地质条件下的桩承式加筋路堤、曲面加筋土边坡等加筋土结构中筋材受力方向存在不确定性。此外，双向土工格栅作为一种正交各向异性筋材，在不同方向上的拉伸性能也具有显著差异。本文基于室内试验结果，建立了土工格栅-土界面直剪的三维离散元数值模型，研究了剪切方向和双向土工格栅各向异性对土工格栅-土界面抗剪强度特性的影响。重点分析了不同剪切方向下土工格栅的内力分布特征和筋-土强相互作用区域内颗粒间法向接触力的演化。根据不同的接触力分量将剪切方向上的剪切阻力量化为填料间摩擦阻力、土工格栅-填料间摩擦阻力和土工格栅肋条承载阻力，并基于土工格栅纵、横肋两个方向在相同拉应变条件下的拉伸刚度和拉伸强度，提出了双向土工格栅正交各向异性程度评价指标，量化评估了双向土工格栅的各向异性程度与肋条承载阻力对筋土界面抗剪强度的贡献。

论文主要研究结论：

1. 在沿肋条方向上剪切时，双向土工格栅纵肋与横肋的拉伸作用和肋条承载作用区别明显。而45°剪切方向上双向土工格栅纵、横肋均可发挥被动承载作用，导致筋-土界面抗剪强度高于沿纵肋（0°）或横肋（90°）方向上的抗剪强度。

2. 剪切方向对剪切带中填料颗粒间的法向接触力幅值有一定影响，但对其法向接触力主方向影响较小。剪切过程中，45°剪切方向剪切带中的平均法向接触力略大于其他两个剪切方向的平均法向接触力。

3. 界面剪切强度随着双向土工格栅各向异性的增加而降低，并且随着土工格栅异性的增加，其影响变得更小。

4.对于粗粒料，双向土工格栅的肋条承载阻力对筋-土界面抗剪强度的贡献大于土工格栅-土摩擦阻力的贡献。并且双向土工格栅的各向异性对土工格栅肋条的承载阻力有重要影响，对筋-土界面摩擦阻力的影响较小。

图2 土工格栅10%拉伸应变时变形：（a）室内试验；（b）DEM模拟

(c)

图5 土工格栅各向异性对筋土界面摩阻力和肋条承载阻力贡献的影响：（a）σ_n = 50kPa；（b） σ_n = 100kPa；（c） σ_n= 150kPa

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