重型击实试样的应力应变

9.4.2　重型击实试样的应力应变

重型击实试样的无侧限抗压强度试验在经过改装的CBR试验仪上进行，选用50 kN的测力环，试样尺寸为高116 mm，直径152 mm。在对试样加载过程中，位移百分表每行进0.05 mm，应力百分表读数一次，然后绘制应力－应变曲线。

1．含水率的影响

盐渍土的应力与轴向应变关系曲线如图9.22(a)所示;加筋长度为50 mm(试样直径的

图9.21　盐渍土与不同加筋长度加筋土的主应力差与轴向应变关系曲线

(a)σ₃=100 kPa(b)σ₃=200 kPa(c)σ₃=300 kPa(d)σ₃= 400 kPa

1/3)，在不同含水率条件下，加筋率分别为0.2%、0.25%、0.3%的麦秸秆加筋土及盐渍土的应力与轴向应变关系曲线，如图9.22(b)、(c)、(d)所示。

图9.22显示，麦秸秆加筋土和盐渍土的应力与轴向应变关系的变化趋势基本相同。含水率为14%～17%时，盐渍土与麦秸秆加筋土的应力随着轴向应变的增加而急剧增大，当应力达到最大值时，土发生破坏，此阶段为应变硬化阶段;随后应变再继续发展，应力下降，此阶段为应变软化阶段，土处于破坏状态。含水率为20%时，盐渍土的应力随着轴向应变的增加而缓慢增加，没有出现峰值强度，而加筋土的应变硬化阶段和应变软化阶段分界点仍很明显，以此说明加筋可以改变土的应力应变特性。含水率为22%和24%时，盐渍土与麦秸秆加筋土的应力值很小，应力一直随着轴向应变的增加而增大，没有明显的峰值点，土呈塑性破坏。当轴向应变达到18%左右时，盐渍土及麦秸秆加筋土试样已严重破坏，试样表面出现较大的裂缝，如图9.23所示。

图9.23显示，盐渍土试样破坏较为严重，裂纹贯通整个试样，部分土已剥离试样。而在麦秸秆加筋土试样表面虽然出现较宽的裂纹，但在裂纹与麦秸秆加筋交会处都改变方向，并未贯通，因此，试样还具备较好的完整性。

图9.22　不同含水率条件下盐渍土和麦秸秆加筋土应力与轴向应变关系曲线

(a)盐渍土(b)加筋长度50 mm，加筋率0.2%加筋土

(c)加筋长度50 mm，加筋率为0.25%加筋土(d)加筋长度50 mm，加筋率为0.3%加筋土

图9.23　盐渍土和麦秸秆加筋土试样破坏后形态

(a)盐渍土(b)麦秸秆加筋土

2．加筋率的影响

图9.24～图9.28为不同加筋率麦秸秆加筋土在含水率为14%～24%条件下的应力与轴向应变关系曲线。

图9.24显示，含水率为14%时，盐渍土和加筋土均表现为脆性变形破坏，其应力应变曲

图9.24　含水率为14%时不同加筋率麦秸秆加筋土应力与轴向应变关系曲线

(a)加筋长度为30 mm的加筋土(b)加筋长度为40 mm的加筋土

(c)加筋长度为50 mm的加筋土(d)加筋长度为60 mm的加筋土(e)加筋长度为70 mm的加筋土

线为应变软化型。当应力达到峰值强度后，盐渍土的应力迅速下降，而加筋土应力下降的速度相对减小，说明加筋提高了土的抗变形能力。加筋长度为30～60 mm时，加筋率为0.25%的加筋土应力峰值最大。

由图9.25(e)可知，加筋长度为70 mm时，加筋土峰值强度低于盐渍土。其主要原因为加筋太长，影响了土的整体性和稳定性;而且土的含水率较低，土受力后很快发生脆性破坏，此时麦秸秆还没有发挥出加筋作用。

图9.25　含水率为17%时不同加筋率麦秸秆加筋土应力与轴向应变关系曲线

(a)加筋长度为30 mm的加筋土(b)加筋长度为40 mm的加筋土

(c)加筋长度为50 mm的加筋土(d)加筋长度为60 mm的加筋土(e)加筋长度为70 mm的加筋土

图9.25显示，含水率为17%时，盐渍土和加筋土均表现为脆性变形破坏，其应力－应变曲线为应变软化型。加筋长度为30～60 mm时，加筋率为0.25%的加筋土应力峰值最大;加筋长度为70 mm时，加筋土的峰值强度低于盐渍土。

由图9.25还可知，加筋率为0.2%和0.3%时，加筋土达到应力峰值时的应变均小于加筋率为0.25%加筋土应力峰值时的应变。也就是说，麦秸秆加筋率为0.25%时，不仅加筋土的抗压强度提高，而且还可延缓加筋土的破坏。

图9.26　含水率为20%的不同加筋率麦秸秆加筋土应力与轴向应变关系曲线

(a)加筋长度为30 mm的加筋土(b)加筋长度为40 mm的加筋土

(c)加筋长度为50 mm的加筋土(d)加筋长度为60 mm的加筋土(e)加筋长度为70 mm的加筋土

图9.26显示，含水率为20%时，加筋土仍表现为脆性变形破坏，而盐渍土则表现为塑性破坏，其应力－应变曲线由应变软化型向应变硬化型转变。图中显示，在加筋长度为30～60 mm的条件下，当应变很小时，加筋土的应力值就明显高于盐渍土，说明从加筋土试样受力开始，加筋作用就得以发挥。加筋率为0.25%时加筋土应力峰值最大。

图9.27　含水率为22%的不同加筋率麦秸秆加筋土应力与轴向应变关系曲线

(a)加筋长度为30 mm的加筋土(b)加筋长度为40 mm的加筋土

(c)加筋长度为50 mm的加筋土(d)加筋长度为60 mm的加筋土(e)加筋长度为70 mm的加筋土

图9.27显示，含水率为22%时，加筋土和盐渍土均为塑性变形破坏，其应力－应变曲线为应变硬化型。在各种加筋长度条件下，加筋率为0.25%的加筋土应力峰值最大。

加筋长度为70 mm、加筋率为0.25%时，加筋土的应力峰值略高于盐渍土的应力峰值，说明此时麦秸秆的加筋作用得到体现。这主要是因为含水率较高，土的黏性较大，土受力后发生塑性变形，麦秸秆和土协调变形，表现出较强的加筋作用，提高了土的抗压强度。

图9.28　含水率为24%时不同加筋率麦秸秆加筋土应力与轴向应变关系曲线

(a)加筋长度为30 mm的加筋土(b)加筋长度为40 mm的加筋土

(c)加筋长度为50 mm的加筋土(d)加筋长度为60 mm的加筋土(e)加筋长度为70 mm的加筋土

图9.28显示，含水率为24%时，加筋土和盐渍土均为塑性变形破坏，其应力－应变曲线为应变硬化型。在各种加筋长度条件下，加筋率为0.25%的加筋土应力峰值最大。

与含水率为22%时相比，加筋长度为60mm、70mm，加筋率为0.25%时，加筋土的应力峰值明显高于盐渍土的应力峰值，此时，麦秸秆的加筋作用表现突出，土抗压强度大幅提高。

由图9.24～9.28可知，当含水率和加筋长度都相同时，加筋土的应力较盐渍土的应力有显著提高。在相同的应变条件下，加筋率为0.25%的麦秸秆加筋土的应力值最大。在轴向应变较大处，加筋对强度提高的幅度相对更大，表明加筋作用是随着筋材应变的增大、筋材抗拉力逐步被调动而逐渐增强的。加筋率减小，则麦秸秆的加筋作用不能充分发挥;加筋率增大，则破坏了土的整体性，这再一次验证了麦秸秆加筋土的最优加筋率为0.25%这一结论。

3．加筋长度的影响

图9.29～图9.33为不同加筋长度麦秸秆加筋土的应力与轴向应变关系曲线。

图9.29　含水率为14%的不同加筋长度麦秸秆加筋土应力与轴向应变关系曲线

(a)加筋率为0.2%的加筋土(b)加筋率为0.25%的加筋土(c)加筋率为0.3%的加筋土

图9.29显示，在含水率为14%且加筋率相同的情况下，加筋长度为50 mm麦秸秆加筋土的应力峰值最大，其次为40 mm和60 mm。加筋长度为30～60 mm时，盐渍土和麦秸秆加筋土的应力－应变关系曲线之间的距离较小，说明含水率较低时，土受力后发生脆性变形，麦秸秆的加筋作用还没有充分发挥，土已经破坏，因此，加筋作用不明显。

加筋长度为70 mm时，加筋土的峰值强度低于盐渍土，主要是因为加筋太长破坏了土的整体性，麦秸秆没有发挥出加筋作用，使加筋土强度有所降低。

图9.30显示，含水率为17%时、加筋率相同的情况下，加筋长度为50 mm麦秸秆加筋土

图9.30　含水率为17%时不同加筋长度麦秸秆加筋土应力与轴向应变关系曲线

(a)加筋率为0.2%的加筋土(b)加筋率为0.25%的加筋土(c)加筋率为0.3%的加筋土

的应力峰值最大。与含水率为14%时相比，盐渍土及不同加筋长度的麦秸秆加筋土应力－应变关系曲线之间的距离增大。说明随着含水率的增加，土自身的抗压强度有所降低，麦秸秆的加筋作用逐渐发挥，使得加筋土的抗压强度提高。加筋长度为70 mm时，加筋土的峰值强度低于盐渍土。

图9.31显示，含水率为20%、加筋率相同的情况下，加筋长度为50 mm麦秸秆加筋土的应力峰值最大。与含水率为14%、17%时相比，盐渍土及不同加筋长度的麦秸秆加筋土应力－应变关系曲线之间的距离增大，此时麦秸秆的加筋作用充分发挥。加筋长度为70 mm、加筋率为0.25%时，加筋土的峰值强度仍低于盐渍土。

图9.32显示，含水率为22%、加筋率相同的情况下，加筋长度为50 mm麦秸秆加筋土的应力峰值最大。当应变很小时，不同加筋长度麦秸秆加筋土的应力值相差很小，说明在含水率较大的情况下，在加筋土受力初期，加筋长度对加筋土的应力－应变影响较小。随着应变的增加，加筋作用增大。加筋长度为70 mm、加筋率为0.25%时，加筋土的峰值强度略高于盐渍土。

图9.33显示，含水率为24%、加筋率相同的情况下，加筋长度为50 mm麦秸秆加筋土的应力峰值显著提高，尤其在加筋率为0.2%和0.25%时，表现更为明显。说明含水率较高时，加筋长度对加筋土的应力－应变关系的影响最为突出。加筋长度为70 mm，加筋率为0.25%时，加筋土的峰值强度高于盐渍土。

图9.31　含水率为20%时不同加筋长度麦秸秆加筋土应力与轴向应变关系曲线

(a)加筋率为0.2%的加筋土(b)加筋率为0.25%的加筋土(c)加筋率为0.3%的加筋土

图9.29～图9.33显示，当含水率和加筋率都相同且应变也相同时，加筋长度为50 mm麦秸秆加筋土的应力值最大。因此，最优加筋长度确定为50 mm(约为试样直径的1/3)，这与三轴压缩试验结果相一致。

图9.29～图9.33还显示，麦秸秆加筋土与盐渍土相比，不仅提高了抗压强度，试样破坏后的残余强度也有大幅提高。

表9.12、表9.13为加筋率为0.25%、5种含水率、5种加筋长度麦秸秆加筋土与盐渍土抗压强度和残余强度的比值。图9.34为麦秸秆加筋土与盐渍土抗压强度比值与加筋长度关系曲线，图9.35为麦秸秆加筋土与盐渍土残余强度比值与加筋长度的关系曲线。

表9.12　麦秸秆加筋土与盐渍土的抗压强度比值

图9.32　含水率为22%时不同加筋长度麦秸秆加筋土应力与轴向应变关系曲线

(a)加筋率为0.2%的加筋土(b)加筋率为0.25%的加筋土(c)加筋率为0.3%的加筋土

表9.13　麦秸秆加筋土与盐渍土的残余强度比值

由表9.12可知，加筋长度为30～60 mm时，麦秸秆加筋土与盐渍土相比，其抗压强度的比值大于1，说明加筋提高了土的抗压强度。图9.34显示，随着加筋长度的增加，麦秸秆加筋土与盐渍土抗压强度的比值增大;加筋长度为50 mm时，在各含水率条件下，比值均达到最大值，此时加筋效果最好;加筋长度大于50 mm后，两者比值呈下降趋势。

加筋长度为70 mm时，在含水率为14%、17%和20%的条件下，强度比值小于1;含水率为22%、24%时，强度比值均大于1。这主要是因为在低含水率下，当锤击力作用于土样时，土产生压缩变形，土内的气体排出，土粒被移动靠近的过程中麦秸秆起到阻挡作用，麦秸秆在加筋土中也起到界面作用，也就是说，沿不同方向麦秸秆两侧的土颗粒很难相互靠近，且在麦秸

图9.33　含水率为24%时不同加筋长度麦秸秆加筋土应力与轴向应变关系曲线

(a)加筋率为0.2%的加筋土(b)加筋率为0.25%的加筋土(c)加筋率为0.3%的加筋土

秆被压扁后，在两片麦秸秆之间几乎没有土颗粒联结，形成了薄弱面，这种影响也随着加筋长度的增加而增大，因此，在一定程度上会降低土的密实度，使土抗压强度降低;而含水率较高时，土的黏性较大，土受力后发生塑性变形，麦秸秆与土发生协调变形，表现出较强的加筋作用，从而提高了土的抗压强度。

图9.34　麦秸秆加筋土与盐渍土的抗压强度比值与加筋长度关系

土的残余强度是指对应于应变很大或应力衰减至稳定值时的强度。

由表9.13可知，加筋长度为30 mm、40 mm、50 mm、60 mm时，麦秸秆加筋土与盐渍土相比，两者残余强度的比值大于1，说明加筋提高了土的残余强度。图9.35显示，随着加筋长度的增加，麦秸秆加筋土与盐渍土残余强度的比值增大;加筋长度为50 mm时，在各含水率条件下，比值均达到最大值;加筋长度大于50 mm后，比值下降。

加筋使土的抗压强度和残余强度提高，但相比而言，残余强度的提高更明显，土的应变软化现象减弱，加筋土对土的应力应变特性有所改善;与盐渍土试样相比，加筋试样的抗压强度峰值出现在相对较大的应变处，随应变继续增大仍能保持相对较高的残余强度，土的抗变形能力得以提高。