网孔尺寸对格栅-尾矿界面特性的影响.pdf

第4 5 卷第5 期 2 0 2 0 年5 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5N o ．5 M a y 2 0 2 0 移动阅读 易富，杜常博，王政宇，等．网孔尺寸对格栅一尾矿界面特性的影响[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 0 ，4 5 5 1 7 9 5 1 8 0 2 ．d o i 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．e n k i ．j C C S ．2 0 1 9 ．0 5 2 8 Y IF u ，D UC h a n g b o ，W A N GZ h e n g y u ，e ta 1 ．E f f e c t so fm e s hs i z eo ni n t e r f a c ec h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e ng e o g r i da n dt a i l i n g s [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 2 0 ，4 5 5 1 7 9 5 1 8 0 2 ．d o i 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．2 0 1 9 ．0 5 2 8 网孔尺寸对格栅一尾矿界面特性的影响 易富1 ’3 ，杜常博2 ，王政宇2 ，于 彝2 1 ．辽宁工程技术大学建筑与交通学院，辽宁阜新1 2 3 0 0 0 ；2 ．辽宁工程技术大学土木工程学院，辽宁阜新1 2 3 0 0 0 ；3 ．煤炭科学研究总院，北 京1 0 0 0 1 3 摘要目前加筋尾矿结构中土工格栅的选用未考虑网孔尺寸的影响，仅考虑格栅的极限抗拉强 度，致使格栅网孔尺寸的选用还存在较大的主观性。为了研究土工格栅加筋尾矿的网孔尺寸，也就 是格栅一尾矿界面与剪切面面积比对格栅一尾矿界面强度参数的影响规律。选用5 种网孔尺寸 1 2 ．7m m x1 2 ．7m m ，2 5 ．4m m 2 5 ．4m m ，3 8 ．1m m x3 8 ．1m m ，5 0 ．8m m 5 0 ．8m m ，6 3 ．5m m X 6 3 ．5m m 相同规格的土工格栅，分别通过直剪试验和拉拔试验对格栅一尾矿的界面特性进行分析， 探求土工格栅加筋尾矿的合理网孔尺寸。试验结果表明两种试验条件下，随着土工格栅网孔尺寸 增大，格栅一尾矿界面强度指标似黏聚力减小，似摩擦角增大；格栅网孔尺寸的变化对似黏聚力的 影响显著，对似摩擦角的影响较小；随着格栅网孔尺寸的增大，界面似摩擦因数逐渐降低，降低幅度 越来越慢，且法向应力越大，界面似摩擦因数变化范围越小；相同条件下，拉拔界面似黏聚力约为直 剪界面似黏聚力的0 ．7 倍，拉拔界面似摩擦角约为直剪界面似摩擦角的O ．4 5 倍。为了更准确分析 土工格栅加筋尾矿的效果，应该将格栅一尾矿界面摩擦作用从界面综合摩擦作用中分离出来，得到 格栅一尾矿界面摩擦因数比；随着格栅一尾矿界面与剪切面面积比的减小，格栅一尾矿界面摩擦因数 比先轻微上升，后发生陡降，格栅加筋作用迅速消失。土工格栅加筋尾矿的合理网孔尺寸应控制在 格栅一尾矿界面与剪切面面积比为0 ．4 左右，即所用格栅网孔尺寸为3 8 ．1m m x 3 8 ．1m m 时，此时土 工格栅加筋尾矿的效果最佳。 关键词土工格栅；尾矿；网孔尺寸；界面特性；直剪试验；拉拔试验 中图分类号T U 4 1文献标志码A文章编号0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 2 0 0 5 - 1 7 9 5 - 0 8 E f f e c t so fm e s hs i z eo ni n t e r f a c ec h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e ng e o g r i da n dt a i l i n g s Y IF u l ⋯，D UC h a n g b 0 2 ，W A N GZ h e n g y u 2 ，Y UB e n 2 1 C o l l e g eo f A r c h i t e c t u r ea n dT r a n s p o r t a t i o n ，L i a o n i n gT e c h n i c a 2U n i v e r s i t y ，F u x i n1 2 3 0 0 0 ，C h i n a ；2 ．C o l l e g eo f C i v i lE n g i n e e r i n g ，L i a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e r i t y ，F u x i n1 2 3 0 0 0 ，C h i n a ；3 ．C h i n aC o a lR e s e a r c hI n s t i t u t e ，B e i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，C h i n a A b s t r a c t A tp r e s e n t ，t h es e l e c t i o no fg e o g r i di nr e i n f o r c e dt a i l i n g ss t r u c t u r ed o e sn o tc o n s i d e rt h ei n f l u e n c eo fm e s h s i z e ，b u to n l yc o n s i d e rt h eu l t i m a t et e n s i l es t r e n g t ho fg e o g r i d ，w h i c hm a k e st h eg e o g r i ds e l e c t i o nm o r es u b j e c t i v ei n p r a c t i c a le n g i n e e r i n g ．T os t u d yt h ei n f l u e n c el a wo fm e s hs i z eo ng e o g r i dr e i n f o r c e dt a i l i n g s ，i ．e ．t h ea r e ar a t i ob e t w e e n g e o g r i d - t a i l i n g si n t e r f a c ea n ds h e a rs u r f a c e ，o nt h ei n t e r f a c es t r e n g t hp a r a m e t e r so fg e o g r i d t a i l i n g s ，f i v eg e o g r i d so ft h e s a m es p e c i f i c a t i o nw i t hd i f f e r e n tm e s hs i z e 1 2 ．7m m x l 2 ．7m m ，2 5 ．4m m X 2 5 ．4m m ，3 8 ．1m m x 3 8 ．1m m ，5 0 ．8m m x 5 0 ．8m ma n d6 3 ．5m m X 6 3 ．5m m w e r es e l e c t e dt oa n a l y z et h ei n t e r f a c ec h a r a c t e r i s t i c so fg e o g r i d t a i l i n g st h r o u g h 收稿日期2 0 1 9 0 4 2 5修回日期2 0 1 9 0 9 0 9责任编辑郭晓炜 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 7 7 4 1 6 3 ；辽宁省教育厅科研基金资助项目 L J Y L 0 5 4 ；鞍钢科研基金资助项目 2 0 1 8 ～科A 1 9 作者简介易富 1 9 7 8 一 ，男，河北张北人，教授，博士生导师，博士。E - m a i l y i f u 9 7 1 6 1 6 3 ．c o m 通讯作者杜常博 1 9 9 2 一 ，男，辽宁阜新人，博士研究生。E m a i l d u e h a n g b 0 2 8 3 9 1 6 3 ．c o r n 万方数据 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 d i r e c ts h e a rt e s ta n dp u l l o u tt e s tr e s p e c t i v e l yt oe x p l o r et h er e a s o n a b l es i z e o fg e o g r i dr e i n f o r c e dt a i l i n g s ．T h et e s tr e - s u i t ss h o wt h a tu n d e rt h et w ot e s tc o n d i t i o n s ，w i t ht h ei n c r e a s eo fm e s hs i z eo fg e o g r i d s ，f o rt h eg e o g r i d r a i l i n g si n t e r - f a c es t r e n g t hi n d e xp a r a m e t e r s ，t h ep s e u d o c o h e s i o nd e c r e a s e sa n dt h ep s e u d of r i c t i o n a n g l ei n c r e a s e s ．T h ec h a n g eo f m e s hs i z eo fg e o g r i dh a sas i g n i f i c a n te f f e c to nt h ep s e u d o - c o h e s i o n ，b u th a sl i t t l ee f f e c to nt h ep s e u d of r i c t i o na n g l e ． W i t ht h ei n c r e a s eo fm e s hs i z eo fg e o g r i d s ，t h ei n t e r f a c ep s e u d o f r i c t i o nc o e f f i c i e n td e c r e a s e sg r a d u a l l ya n dt h ed e c r e a s i n gr a n g eb e c o m e ss l o w ．T h el a r g e rt h en o r m a ls t r e s si s ，t h es m a l l e rt h ev a r i a t i o nr a n g eo fp s e u d o - f r i c t i o nc o e f f i c i e n t i s ．U n d e rt h es a m ec o n d i t i o n ，t h ep s e u d o - c o h e s i o no fp u l l o u ti n t e r f a c ei sa b o u t0 ．7t i m e so ft h a t o fd i r e c ts h e a ri n t e r ． f a c e ，a n dt h ep s e u d of r i c t i o na n g l eo fp u l l o u ti n t e r f a c ei sa b o u t0 ．4 5t i m e so ft h a to fd i r e c ts h e a ri n t e r f a c e ．I no r d e rt o a n a l y z et h ee f f e c t o fg e o g r i dr e i n f o r c e dt a i l i n g sm o r ea c c u r a t e l y ，t h ei n t e r f a c ef r i c t i o n a le f f e c t o fg e o g r i d t a i l i n g ss h o u l d b es e p a r a t e df r o mt h ei n t e r f a c ec o m p r e h e n s i v ef r i e t i o n a le f f e c t ．a n do b t a i nt h ei n t e r f a c ef r i c t i o nc o e f f i c i e n tr a t i oo fg e o ． g r i d t a i l i n g s ．W i t ht h ed e c r e a s eo ft h ea r e ar a t i ob e t w e e ng e o g r i d t a i l i n g si n t e r f a c ea n ds h e a rs u r f a c e ，t h ei n t e r f a c ef r i c ． t i o nc o e f f i c i e n tr a t i oo fg e o g r i d - t a i l i n g si n c r e a s e ss l i g h t l ya tf i r s t ，t h e nd e c r e a s e ss h a r p l y ，a n dt h er e i n f o r c e m e n te f f e c to f g e o g r i d sd i s a p p e a r sr a p i d l y ．T h er e a s o n a b l em e s hs i z eo fg e o g r i d sr e i n f o r c e dr a i l i n g ss h o u l db ec o n t r o l l e da b o u t0 ．4o f t h ea r e ar a t i ob e t w e e ng e o g r i d t a i l i n g si n t e r f a c ea n ds h e a rs u r f a c e ，i ．e ．w h e nt h em e s hs i z e o fg e o g r i du s e di nt h i sp a p e ri s3 8 ．1m m X 3 8 ．1m m ，t h ee f f e c t o fg e o g r i dr e i n f o r c e m e n tt a i l i n g si st h eb e s t ． K e yw o r d s g e o g r i d ；t a i l i n g s ；m e s hs i z e ；i n t e r f a c ec h a r a c t e r i s t i c ；d i r e c ts h e a rt e s t ；p u l l o u tt e s t 尾矿是特殊的人工砂石散体材料，力学性质易 受到外界环境影响，容易导致尾矿结构失稳及环境问 题⋯，土工格栅由于其独特的网孔结构，能够对尾矿 颗粒产生镶嵌和咬合作用，从而提高加筋尾矿结构的 稳定性旧o 。在土工格栅加筋尾矿结构设计中需要了 解格栅一尾矿的界面作用特性旧。4J ，其直接决定加筋 结构的稳定性，其中界面强度参数 包括界面强度指 标似黏聚力、似摩擦角及似摩擦因数 是进行加筋结 构设计分析的最重要参数。但目前加筋尾矿结构中 土工格栅的选用未考虑网孔尺寸的影响，仅考虑格栅 的极限抗拉强度，致使格栅网孔尺寸的选用还存在较 大的人为性，所以研究网孑L 尺寸对格栅一尾矿界面特 性的影响至关重要。 对于筋土界面特性的研究大多采用试验方 法∞。8J ，一般都以直剪和拉拔试验为主，但由于试验 机理的差异，这两种试验得到的结果有很大不同，国 内外部分学者对这两种试验方法进行了对比研 究W A N Gz 等∽o 认为土的剪胀性在拉拔试验中比在 直剪试验中表现得更明显；N I E M I E CJ 等0 ’认为直 剪试验的内摩擦角相对比较稳定，而拉拔试验的内摩 擦角会随着土工合成材料拉伸强度的降低而减小；张 嘎等1 ‘得出直剪试验和拉拔试验都不能完整反映筋 土界面作用特性，但二者可相互补充；张波等纠认为 拉拔试验获得的界面参数会大于直剪试验的结果；史 旦达等引通过直剪和拉拔试验对比了单、双向土工 格栅加筋工况，认为填料对双向格栅的嵌锁咬合力增 强，宏观上表现为较高的界面黏聚力，加筋效果优于 单向格栅；孟凡祥等4o 认为玻璃纤维格栅界面剪切 强度在拉拔试验得到的比直剪试验小，而机织土工布 界面剪切强度在两种试验中接近，但对应的峰值相差 较大；刘文白等纠认为直剪试验在格栅与土相对位 移较小时能反映实际情况，拉拔试验却在相对位移较 大时能反映实际情况；杨敏等钊研究土工布与黄土 界面摩擦作用时发现，直剪试验曲线表现为硬化型， 拉拔曲线表现成软化型。 笔者分别通过室内直剪试验和拉拔试验对不同 网孔尺寸土工格栅与尾矿的界面特性进行对比研究， 得到两种试验时网孔尺寸对格栅一尾矿界面特性的 影响规律，并把格栅一尾矿界面摩擦作用从界面综合 摩擦作用中分离出来，探求土工格栅加筋尾矿的合理 网孔尺寸，为实际加筋尾矿坝工程设计时土工格栅网 孔尺寸的选用提供一定依据。 1 土工格栅与尾矿界面特性试验 1 ．1 直剪拉拔试验装置 试验装置由南京华德仪器公司生产的Y T l 2 0 0 土工合成材料直剪拉拔试验系统改制而成，如图1 所 示。该试验装置有直剪和拉拔两个试验箱，直剪试验 箱分为上直剪箱和下直剪小车，上直剪箱内径设为 3 0 0m m X 3 0 0m m x l 5 0m m 长宽高 ，拉拔试验箱 内径设为3 0 0m m x 3 0 0m m x 2 2 0m m ，在拉拔试验箱 前后正中央开3 0 0m m X l 0m m 窄缝，供土工合成材料 的引出，其中两种试验箱底面积都相同，可保证直剪 和拉拔试验的对比分析。试验箱是由刚度较大的钢 板制成，试验过程中通过润滑侧壁和控制筋材长宽比 来减小边界效应的影响。 万方数据 第5 期 易寓等网孔尺寸对格栅一尾矿界面特。陀的影响 17 9 7 一一 图1试验装置 F i g ．I T e s td e v i P 1 ．2 试验填料及土工格栅参数指标 试验所用尾矿砂填料来源于内蒙占包头市大r f t 股份有限公司的尾矿库，为了降低砂r t 。水分划‘试验结 果的影响，采用下尾矿砂，该尾矿密度为1 ．8 3g ／c m 、， 含水率为3 ．7 5 ％，该尾矿砂具有的物理性质指标为 有效粒径d 。 0 ．1 01 1 1 1 1 1 ，中值粒径d 川 0 ．1 9l l l l l l ，限 制粒径d 。 0 ．3 01 “ 1 “ 1 1 1 1 。经计算，该尾矿的不均匀系数 c ．． 3 4 纬向 ≥一1 0 ～2 8 0 1 ．3 试验方案及步骤 将试验所用土T 格栅按照不同网孔尺寸进行裁 剪，其中，H3 中{ 工格栅网孔尺寸为1 2 ．7 1 1 1 1 1 1 1 2 ．7l l l n l 形式，继续裁剪为2 5 ．4 1 1 1 1 1 1X2 5 ．4 1 1 1 1 1 1 ， 3 8 ．11 1 1 1 1 1 X 3 8 ．11 1 1 1 1 1 ．5 0 ．81 1 1 1 1 1 5 0 ．81 1 1 1 1 1 ，6 3 ．5 1 1 1 1 1 1 X 6 3 ．51 1 1 1 1 1 形式，然后苴剪和拉拔试验分别按照裁剪的 5 种／f i 同例孔尺寸格栅设计试验方案，每种格栅网孑L 尺寸试验分别在4 种不同法向应力 1 0 ，2 0 ，3 0 ， 4 0k P a 下进行，共计4 0 组试验方案，每组试验进行 1 ～3 组平行试验以降低试验结果的离散性，表2 为 不同网孔』tj f 格栅的试验方案及对应的格栅一尾矿 界而与剪切面面积比 表r I I 卡日关公式见下文 。 表2 不同网子L 尺寸格栅的试验方案 T a b l e2T e s ts c h e m e sf o rg e o g r i d sw i t hd i f f e r e n tm e s hs i z e s 雾豢嚣獬I l l l n X n ㈨I l li 篙蒜删 1 1 1 1 1 篙㈣／m 4 21 6 Ⅲ。o 帜“ - I g q k o 接／m 触2 ／I l l l n X f l l I l l ／m m格揣l 百1 6 q ’I ≯L 『I m 尚／．4 7 切触c ⋯荆 种类宽 条带宽度 面咖干{ { 4 Ⅲ ㈣“I 】积1 ” I f u I ‘ 2 ．7 X l2 ．7 2 54 X 2 54 3 8 ．1 3 8 ．1 5 08 X 5 08 6 35 x 6 3 ．5 00 7 75 ． 1 4 84 8 ．0 3 43 ．0 2 65 】 2 03 J ． 125 00 4 l6 0 5 57 00 6 35 0 ．0 6 97 O8 6 ll 05 3 78 O3 8 l1 02 9 44 02 2 56 f l 田1 、拉拔1 f [ 凹2 、拉拔 r 田3 、拉拔3 l ‘{ 剪4 、拉拔4 1 1 l 盼5 、拉拔5 万方数据 1 7 9 8 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 试验时，以尾矿砂的密度控制试验槽的装砂量， 并在装砂过程中分层压实，保证每组试验的密实度相 同；同时，为减少边界效应，在拉拔试验箱的两侧均匀 涂上润滑油；直剪试验剪切速度和拉拔试验速度均设 定为2r a m ／r a i n 。严格参照公路工程土工合成材料 试验规程 J T GE 5 0 - - 2 0 0 6 0 1 73 进行试验，试验结束 后，记录每组试验的峰值 最大剪切力、最大拉拔力 以便后续分析。 2 试验计算原理 进行试验时，在土工格栅被拉出时，假定土工格 栅上下表面剪应力均匀分布且满足平衡条件，进行计 算可获得直剪和拉拔界面摩擦强度 丁i ， 4 T e ．．，1 ／／2 T A , j ’。, 1 丁i f 2 4 ．，／2 A ⋯ 式中，7 _ j ，为直剪摩擦强度和拉拔摩擦强度，k P a ；T d 。， r ，分别为土工格栅受到的最大剪切力、最大拉拔 力，k N ；A ．，为土工格栅埋入直剪或拉拔试验箱的面 积，经计算A ．， 0 ．0 9m 2 。 直剪试验和拉拔试验均在不同法向应力O r 。，作用 下进行，可绘制出丁。一O r ．，曲线并进行线性拟合，该拟 合直线符合莫尔一库伦定律，由此可确定出直剪或拉 拔的界面强度指标似黏聚力c i ，和似摩擦角妒i ，。 筋土之间的界面作用特性也可以用界面似摩擦 因数．厂描述，其值一般用界面摩擦强度与对应法向应 力的比值进行计算 向应力；c “ 妒雕分别为格栅一尾矿界面黏聚力、摩擦 角；O r j ， O r 。。 O r 。因为综合加筋界面和其中尾矿一尾 矿界面和格栅一尾矿界面均在同一作用面。 界面剪应力的合力等于剪应力与剪切面积的乘 积，即 丁汀A i r 丁t 1 4 t I 下g t A 酣 6 式中，A 。f A 。 A 们 将式 3 ～ 5 代入式 6 得 C 。f O r i r t a n9 。f A i f C I l o r I t t a n 妒t 1 A t t c g l O r g I t a n 妒g t Ag t 7 王凤江等引认为加筋尾矿可显著提高尾矿砂黏 聚力的大小，但对摩擦角的影响较小。笔者考虑土工 格栅加筋尾矿时对界面强度指标中似黏聚力的影响 较大，所以忽略加筋对似摩擦角的影响，即假定土工 格栅加筋尾矿前后似摩擦角数值不变 妒i f 妒。 妒。。 8 将式 8 代人式 7 可得 c i r A Ⅱ c t t A 【I c g t A 刚 9 其中，c 。，可由试验计算求得；c 。A 汀，A 。A 。均已知，由 此可以求得格栅一尾矿界面参数指标C 。这样就能把 格栅一尾矿界面摩擦作用从界面综合摩擦作用中分 离出来。 类比公路土工合成材料应用技术规范 J G T ／T D 3 2 - - 2 0 1 2 [ 2 0 1 中界面摩擦因数比的定义，将格栅一 尾矿界面摩擦因数比K 定义为格栅一尾矿界面参数 指标c 。。与尾矿黏聚力c 。之比，即 ／ 卫O i f 扪 3试验结果分析试聆结果分析 唐晓松等[ 18 ] 通过不同网孔尺寸土工格栅的筋土 界面特性分析中得出，为了针对性的研究土工格栅加 筋作用，应该将格栅一土界面摩擦作用从界面综合摩 擦作用中分离出来。在研究土工格栅加筋尾矿相互 作用时，加筋尾矿界面的破坏符合莫尔一库伦破坏准 则，即 丁i f 2 c i f O r i f t a n 妒．f 3 加筋界面的作用是由尾矿一尾矿界面和格栅一尾 矿界面共同作用表征的，故尾矿一尾矿界面和格栅一 尾矿界面的破坏也都符合莫尔一库伦破坏准则，即 丁I l c t t 盯t t t a n9 t t 4 丁g t c g t o r 昏t a n 驴g t 5 式中，丁。o r 。。分别为尾矿一尾矿界面摩擦强度及对应 法向应力；C 。妒。分别为尾矿一尾矿界面黏聚力、摩擦 角；7 - 。，o r 。分别为格栅一尾矿界面摩擦强度及对应法 K C g t ／c 。。 1 0 3 ．1 直剪试验结果分析 直剪摩擦强度与试验过程中施加的法向应力变 化关系，如图4 所示。由图4 可以发现，不同网孑L 尺 寸格栅加筋尾矿的界面试验结果变化很大，这是由于 图4 法向应力与直剪摩擦强度的关系 F i g ．4R e l a t i o n s h i pb e t w e e nn o r m a ls t r e s sa n dd i r e c t s h e a rf r i c t i o ns t r e n g t h 万方数据 第5 期易富等网孔尺寸对格栅一尾矿界面特性的影响 土工格栅加筋尾矿的相互作用包含格栅与尾矿的摩 擦与镶嵌作用两个方面J ，格栅网孔尺寸变化对这 两个作用的影响较大；直剪摩擦强度与法向应力有很 好的线性关系，得到界面强度指标的拟合公式直剪 试验1 ，r ，r 0 ．4 3 48 0 - ，f 1 2 ．11 11 ；直剪试验2 ，r i f 0 ．4 3 88 0 “ 。f 9 ．6 2 22 ；直剪试验3 ，7 ．i f 0 ．4 5 40 0 - ；f 7 ．3 3 34 ；直剪试验4 ，丁，f 0 ．4 6 38 0 - i f 4 ．2 0 55 ；直剪试 验5 ，丁i f 0 ．4 7 36 0 - ．f 1 ．4 3 89 ；相关系数均在9 0 ％以 上。根据摩尔一库伦强度准则可以得出格栅一尾矿的 界面强度指标似黏聚力和似摩擦角。 直剪试验方案下不同网孑L 尺寸土工格栅与尾矿 界面强度指标的分布规律，如图5 所示。由图5 可 知随着格栅一尾矿界面与剪切面面积比的减小，格 栅一尾矿直剪界面强度指标似黏聚力减小，似摩擦角 增大；当格栅网孔尺寸由1 2 ．7m m 1 2 ．7m m 到 6 3 ．5m m 6 3 ．5m m ，似黏聚力由1 2 ．11k P a 减小到 1 ．4 4k P a ，减小幅度为8 8 ．1 ％，似摩擦角由2 3 ．5 0 。增 大到2 5 ．3 4 。，增大幅度为7 ．3 ％；由此可知，在直剪试 验条件下，格栅网孑L 尺寸的变化对格栅一尾矿界面强 度指标似黏聚力的影响显著，对似摩擦角的影响较 小，这与文献[ 1 9 ] 得到的结论一致，也印证了本文假 定的合理性，即土工格栅加筋尾矿对界面强度指标中 似摩擦角的影响不大。 图5 格栅网孔尺寸与直剪界面强度指标 c i r ．妒，r 的关系 F i g ．5R e l a t i o n s h i pb e t w e e ng e o g r i dm e s hs i z ea n dd i r e c t s h e a Fi n t e r f a c es t r e n g t hi n d e x c ．f ，妒．f 直剪似摩擦因数和格栅一尾矿界面与剪切面面 积比的变化关系，如图6 所示。由图6 可知，土工格 栅的直剪似摩擦因数介于0 ．5 1 ．7 ；随着格栅一尾矿 界面与剪切面面积比的减小，直剪似摩擦因数先缓慢 降低，当栅一尾矿界面与剪切面面积比约为0 ．4 时， 直剪似摩擦因数迅速降低；且法向应力越大，直剪似 摩擦因数变化范围越小。 根据式 9 将格栅一尾矿的界面摩擦作用从界面 综合摩擦作用中分离出来，得到直剪试验的格栅一尾 矿界面参数指标C 。再根据式 1 0 计算得到直剪试 验条件下的界面摩擦因数比K ，其中尾矿的黏聚力c 。 图6 直剪似摩擦因数的变化规律 F i g ．6 V a r i a t i o nr u l eo fd i r e c ts h e a Fp s e u d o f r i c t i o nc o e f f i c i e n t 默认为1k P a 。图7 为直剪试验时格栅一尾矿界面摩 擦因数比和格栅一尾矿界面与剪切面面积比的关系。 从图7 中可以发现格栅一尾矿界面摩擦因数比随着 格栅一尾矿界面与剪切面面积比的减小先缓慢上升 后快速减小；当接触面面积比大于0 ．4 时，格栅一尾 矿摩擦因数比随着格栅一尾矿接触面积的减小轻微 上升，格栅加筋效果有一定的提高，表示土工格栅的 加筋作用不是网孔尺寸越小越好，还要考虑到格栅横 肋对尾矿填料产生的摩阻力作用，格栅横肋的宽度和 长度都对格栅一尾矿界面强度指标有一定影响‘2 1 I ；而 当面积比小于0 ．4 时，格栅一尾矿界面摩擦因数比随 着格栅一尾矿接触面积的减小发生陡降；最终当接触 面面积比为0 ．2 3 时，即格栅网孑L 尺寸为6 3 ．5m m x 6 3 ．5m m 时，格栅一尾矿直剪界面摩擦因数比为 3 ．7 5 ，表示此时土工格栅的加筋作用已经很小了。 图7 直剪界面摩擦因数比的变化规律 F i g ．7 V a r i a t i o nr u l eo fd i r e c ts h e a ri n t e r f a c ef r i c t i o n c o e f f i c i e n tr a t i o 3 ．2 拉拔试验结果分析 图8 为拉拔摩擦强度与施加法向应力的线性拟 合关系得到界面强度指标的拟合公式拉拔试验1 ， 丁。f O ．1 8 32 0 - ，r 9 ．3 2 50 ；拉拔试验2 ，丁i f O ．1 8 81 0 - i f 6 ．5 0 84 ；拉拔试验3 ，丁i f 0 ．1 8 92 0 - ，f 4 ．8 0 83 ；拉拔试 验4 ，丁。f 0 ．1 9 14 0 - 。f 2 ．5 9 45 ；拉拔试验5 ，丁i f 0 ．1 9 32 0 - ．， 1 ．0 1 39 ；相关系数均在9 0 ％以上。根据 摩尔一库伦强度准则可以得出格栅一尾矿的界面强度 指标似黏聚力和似摩擦角。 8 6 4 2 O 8 6 4 2 丑糕函糍世旧昧韶删b嗖I枣难 万方数据 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 图8法向应力与拉拔摩擦强度的关系 F i g ．8R e l a t i o n s h i pb e t w e e nn o r m a ls t r e s sa n dp u l l o u 【 f r i c t i o ns t r e n g t h 拉拔试验方案下不同网孔尺寸土工格栅与尾 矿界面强度指标的变化情况，如图9 所示。由图9 可知随着土工格栅网孑L 尺寸的增大，格栅一尾矿拉 拔界面强度指标与直剪界面强度指标变化一致，似 黏聚力减小，似摩擦角增大；当格栅网孔尺寸由 1 2 ．7m m x l 2 ．7m i l l 增大到6 3 ．5m i l l 6 3 ．5 [ n m ，似 黏聚力由9 ．3 3k P a 减小到1 ．0 1k P a ，减小幅度为 8 9 ．2 ％，似摩擦角由1 0 ．3 8 。增大到1 0 ．9 3 。，增大幅 度为5 ．1 ％，即格栅网孔尺寸的变化对格栅一尾矿拉 拔界面强度指标似黏聚力的影响显著，对似摩擦角 的影响较小。 图9格栅网孔尺寸与拉拔界面强度指标 c 。妒．， 的关系 F i g ．9 R e l a t i o n s h i pb e t w e e ng e o g r i dm e s hs i z ea n dp u l l o u t i n t e r f a c es t r e n g t hi n d e x c ．f ，驴．f 图1 0 为拉拔似摩擦因数和格栅一尾矿界面与 剪切面面积比的变化关系。由图1 0 可知，拉摩似 摩擦因数分布规律与直剪似摩擦因数分布规律基 本相同，格栅一尾矿界面与剪切面面积比约为0 ．4 时是临界点，在此之前拉拔似摩擦因数减小速率较 为缓慢，之后迅速降低；同样，法向应力越大，拉拔 似摩擦因数变化范围越小；土工格栅拉拔似摩擦因 数在0 ．2 ～1 ．2 。 拉拔试验时格栅一尾矿界面摩擦因数比和格栅一 尾矿界面与剪切面面积比的关系，如图1 1 所示。从 图1 1 可以得出与直剪试验相同的结论，即格栅一尾 矿摩擦因数比在格栅一尾矿界面与剪切面面积比大 鼎 圄 她 { 婪 } 矗 蜒 轺 图1 0 拉拔似摩擦因数的变化规律 F i g ．10 V a r i a t i o nr u l eo fp u l l o u tp s e u d o f r i c t i o nc o e f f i c i e n t 于0 ．4 时轻微上升，变化幅度较小，面积比小于0 ．4 时，格栅一尾矿摩擦因数比发生陡降，土工格栅加筋 作用开始迅速消失。 蠡1 2 - 1 0 辔s 羹s d 爿 ∥4 口 嗖， 室 难0 图11拉拔界面摩擦因数比的变化规律 F i g ．11 V a r i a t i o nr i d eo fp u l l o u ti n t e r f a c ef r i c t i o n c o e f f i c i e n tr a t i o 3 ．3 两种试验结果对比分析 结合以上