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排扣式嵌入土工格栅筋土界面特性与节点强化机理的深度剖析

一、引言

1.1研究背景与意义

在土木、交通、水利等众多工程领域中，土工格栅作为一种重要的土工合成材料，发挥着不可替代的作用。土工格栅以其高强度、高模量、低蠕变、耐腐蚀、抗老化等优异特性，与土颗粒之间能够产生较大的摩擦系数和强大的嵌锁作用，广泛应用于加筋土挡墙、路堤、边坡、软基处理以及路面等结构物中。通过将土工格栅埋置于土中，其与周围土体构成复合结构体系，在自重和外荷载作用下，该体系产生变形的同时，筋土界面会产生相互作用，这种相互作用对于增强土体的稳定性、提高地基承载力、防止土体变形和破坏等方面具有关键意义。例如在道路工程中，土工格栅能够有效分散路面荷载，减少路基的不均匀沉降，延长道路的使用寿命；在边坡防护工程中，土工格栅可以增强土体的抗滑能力，防止边坡坍塌，保护生态环境。

排扣式嵌入土工格栅作为一种新型土工格栅，与传统土工格栅相比，具有独特的优势。其通过特殊的二次注塑工艺，形成了特有的排扣结构。这种排扣结构使得排扣与土粒之间能够实现互相握裹，极大地增强了筋土界面的相互作用力，大幅提高了格栅整体的摩擦系数。同时，其网孔能够对土体进行有效嵌锁，进一步提升了对土体的被动阻抗力，从而更有效地防止不均匀沉降和连接处错层。在旧路拓宽工程中，排扣式嵌入土工格栅能够很好地解决新旧路基搭接处容易出现的不均匀沉降问题；在高填方边坡工程中，它可以显著提高边坡的稳定性，保障工程安全。

深入研究排扣式嵌入土工格栅的筋土界面特性及节点强化机理具有重要的现实意义。筋土界面特性直接影响着土工格栅与土体之间的相互作用效果，准确掌握这一特性，能够为加筋土结构的设计提供更为科学、准确的参数依据。通过研究不同工况下筋土界面的力学性能指标，如界面摩擦系数、抗剪强度等，可以优化加筋土结构的设计，提高工程的可靠性和安全性。节点强化机理的研究则有助于揭示排扣式节点在增强筋土界面作用中的本质原因，为进一步改进土工格栅的结构设计提供理论支持。了解节点的受力特性、变形规律以及对土体的加固机制，能够研发出性能更优的土工格栅产品，推动土工合成材料行业的发展。这对于促进排扣式嵌入土工格栅在各类工程中的广泛应用，提高工程质量、降低工程成本、保障工程长期稳定运行具有重要的推动作用，能够产生显著的经济效益和社会效益。

1.2国内外研究现状

国外对土工格栅的研究起步较早，在筋土界面特性和节点强化机理方面取得了一系列成果。在筋土界面特性研究中，采用先进的试验设备和测试技术，如大型直剪仪、拉拔仪以及微观观测手段，深入分析了不同类型土工格栅与各种土体之间的界面力学性能。研究发现，土工格栅的表面粗糙度、肋条形状与间距、土体的物理力学性质（如颗粒级配、含水量、压实度等）以及法向应力等因素，对筋土界面的摩擦特性、抗剪强度和剪切变形等有显著影响。在节点强化机理研究方面，通过数值模拟和理论分析，探讨了节点的受力状态和破坏模式，提出了一些关于节点对筋土界面强化作用的理论模型。然而，对于排扣式嵌入土工格栅这种新型土工格栅，国外的研究相对较少，现有成果难以全面准确地解释其独特的筋土界面特性和节点强化机理。

国内对土工格栅的研究近年来发展迅速，众多学者和科研机构针对土工格栅的性能、应用及作用机理展开了广泛深入的研究。在筋土界面特性研究方面，不仅开展了大量室内试验，还结合现场监测，对不同工况下的筋土界面力学行为进行了系统分析，总结出了一些适合我国国情的筋土界面特性规律和经验公式。在节点强化机理研究方面，在借鉴国外研究成果的基础上，结合国内工程实际，提出了一些新的理论和方法。针对排扣式嵌入土工格栅，国内部分学者开始关注并进行了初步研究，通过试验分析了其拉拔特性和筋土界面的相互作用，但研究还不够系统和深入，在节点强化机理的量化分析、理论模型的建立以及考虑多种因素耦合作用等方面仍存在不足。

1.3研究内容与方法

本研究主要围绕排扣式嵌入土工格栅的筋土界面特性及节点强化机理展开。具体内容包括：通过室内试验，研究不同法向应力、土体性质、格栅埋深等条件下，排扣式嵌入土工格栅的筋土界面拉拔特性，分析拉拔力与拉拔位移的关系、格栅应变分布规律以及筋土界面土体受扰动程度；基于极限平衡理论和试验结果，深入探讨排扣式节点在拉拔试验中的极限平衡状态，建立针对梅耶霍夫地基极限分析理论的修正公式，分析节点强化效应；结合工程实际，对排扣式嵌入土工格栅在工程应用中的优化设计方法进行研究，包括夹层填料参数优化（如粒径、级配分布、夹层厚度等对筋土界面特性的影响）以及优化工艺和实例分析。

在研究方法上，综合采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的手段。试验研究方面，开展室内筋土界面拉拔试验、格栅力学性能试验等，获取第一手数据资料，为理论分析和数值模拟提供依据；理论分析方面，运用土力学、材料力学