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隨著土工格室應(yīng)用的推廣，土木工程領(lǐng)域逐漸開展了關(guān)于土工格室加固土體力學(xué)特性的研究，當(dāng)前關(guān)于三軸壓縮驗(yàn)證加固土體力學(xué)特性的研究還相對較少，一般是采用小型三軸壓縮試驗(yàn)來研究獨(dú)立土工格室加固土體的力學(xué)特性。通過常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)，可以定量分析土工格室加固粗粒土的靜力變形特點(diǎn)和強(qiáng)度特性，展現(xiàn)土工格室的破壞情況。
 
一、試驗(yàn)過程
（一）試驗(yàn)材料和設(shè)備
三軸壓縮試驗(yàn)需要用到的材料有普通粗粒土和土工格室，粗粒土取自某工程項(xiàng)目料場，形狀為棱角狀，平均粒徑為8.74mm，土工格室由山東德州天富工程材料有限公司生產(chǎn)，片材厚度為1.1mm，片材拉伸強(qiáng)度為24.13MPa，峰值強(qiáng)度對應(yīng)應(yīng)變?yōu)?3.01%，焊接抗拉強(qiáng)度為100N/cm[1]。
（二）試驗(yàn)方案
第一步是控制干密度。在實(shí)際加固作業(yè)中，需要土工格室填料土顆粒大小均勻，最大粒徑不得超過5cm，為了保證本次試驗(yàn)所選粗粒土能夠滿足試驗(yàn)粒徑需求，客觀反應(yīng)實(shí)際作業(yè)中土工格室加固粗粒土的力學(xué)特性，本文最終確定最終控制干密度為1.8g/cm，從而確保壓實(shí)度K=90%[2]。第二步是布筋方式。控制干密度確定完畢后需要選擇布筋方式，本試驗(yàn)中土工格室加固粗粒土的具體加筋層數(shù)需要參考二維加筋研究中的布筋方式，采用三層對稱加固方式，底層及頂層土工格室距離中間層地距離約為20cm，中間層為試樣。第三步是試驗(yàn)圍壓。當(dāng)前土工格室擋土墻的最大高度為24m，一般是在20m高度或深度內(nèi)應(yīng)用，本次試驗(yàn)的一級圍壓為200kPa，依次選取較小圍壓，壓力差值相等。第四步是確定加載方式。考慮到影響工程施工的工作條件、涂料性質(zhì)等因素，本試驗(yàn)選擇固結(jié)排水剪力控加載方式。
（三）制備試樣
試驗(yàn)方案確定后下一步就是制備試樣，本試驗(yàn)所選取的試樣制備方法為分層填料成型法，每一層都需要按照上文確定的最終控制干密度合理稱重，并將所選填料搗實(shí)均勻，具體操作方法為：將每層干燥狀態(tài)下的粗粒土攪拌均勻后加入適量的水，將二次攪拌均勻的粗粒土裝入模筒中，搗實(shí)后在試樣中通入二氧化碳，以提高試樣氣體溶解度，隨后通入無氣水，待飽和度達(dá)到99%之后施加圍壓，固結(jié)排水[3]。為了完成土工格室加固粗粒土變形及破壞研究，在土工格室鋪設(shè)之前需在片材外部做標(biāo)記，將片材編號，內(nèi)部標(biāo)記線距離為150mm，外部標(biāo)記線距離為310mm。加筋試樣中采用簡易工具輔助完成土工格室張拉及鋪設(shè)，鋪設(shè)中需確保土工格室各層片材走向與水平方向保持一致。

二、試驗(yàn)結(jié)果分析
（一）試樣破壞結(jié)果
未加固試樣破壞后中部有明顯鼓起，試樣兩端受端部約束的影響也發(fā)生了不同程度的鼓包現(xiàn)象。經(jīng)土工格室加固的試樣與加筋前相比鼓包程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于未加固試樣，而且鼓包面積也較小，在布置格式的部位存在明顯的約束帶，兩端鼓包現(xiàn)象不明顯。這一現(xiàn)象表明土工格室會對內(nèi)部填充粗粒土產(chǎn)生直接約束作用，并對周圍粗粒土產(chǎn)生間接約束作用[4]。將粗粒土填充進(jìn)土工格室后，土工格室片材與粗粒土的模量與強(qiáng)度差異較大，導(dǎo)致兩者在承受較大荷載后產(chǎn)生不協(xié)調(diào)的變形，兩者之間的相互作用形成大剛度復(fù)合結(jié)構(gòu)體，因此在加固后可在結(jié)構(gòu)體部位看到約束帶，表明結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度要大于周圍粗粒土強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)體與周圍粗粒土的結(jié)合使粗粒土顆粒間的摩擦阻力增大，進(jìn)而對周圍粗粒土產(chǎn)生間接約束作用，最終形成較小的鼓包，鼓包范圍也有所減小。
（二）土工格室破壞結(jié)果
土工格室在完成粗粒土加筋試驗(yàn)后，土工格室各層的破壞狀況相似，片材焊接處的剝離是最主要的變形部位，土工格室兩端不存在剝離情況，中間層片材連接部位出現(xiàn)半剝離狀態(tài)。土工格室不僅在片材焊接部位存在剝離現(xiàn)象，而且還存在塑性延伸現(xiàn)象，雖然頂層與底層沒有發(fā)生剝離現(xiàn)象，但是存在塑性延伸現(xiàn)象，比較發(fā)現(xiàn)土工格室中間層片材的延伸率最大，而且與圍壓變化呈正相關(guān)[5]。土工格室片材焊接部位發(fā)生的剝離及塑性延伸表明土工格室的破壞形式并不是單一的，而是同時(shí)出現(xiàn)兩種甚至以上的變形表現(xiàn)，當(dāng)圍壓變化時(shí)，土工格室的剝離及塑性延伸均出現(xiàn)在中間層，表明土工格室各層的受力并不是均勻的，中間層的受力最大，兩端的受力最小，除了不同層之間受力不同外，不同片材之間的受力也不相同。可見，土工格室的片材焊接部位是最容易出現(xiàn)破壞變形的部位，也是結(jié)構(gòu)體中最薄弱的環(huán)節(jié)，在試驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎選擇，并根據(jù)具體工作條件確定片材強(qiáng)度。
（三）應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系特性分析
粗粒土的結(jié)構(gòu)特性決定其力學(xué)性質(zhì)同樣具有復(fù)雜性，土體力學(xué)性質(zhì)也受到應(yīng)力路徑、試驗(yàn)條件和加載方式等諸多因素的影響。雖然土體的本構(gòu)模型種類較多，但是還沒有一個(gè)模型能夠全面描述土工格室加固粗粒土的力學(xué)性狀，已有的研究已經(jīng)表明粗粒土的力學(xué)性狀之間并不是一一對應(yīng)的關(guān)系，而是多因素之間的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)固結(jié)排水剪三軸試驗(yàn)可分析土工格室加固后粗粒土試樣的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果表明不論是否加固，圍壓的影響都是最大的，試樣的初始階段應(yīng)力應(yīng)變與未加固試樣相比無明顯變化，表明初始階段土工格室加固對強(qiáng)度的影響較小，隨著軸向應(yīng)變的逐漸增大，土工格室加固試樣的應(yīng)力應(yīng)變始終大于未加固試樣，表明隨著應(yīng)變的增大土工格室對強(qiáng)度的影響也逐漸增大。為更加深入的了解土工格室加固粗粒土強(qiáng)度的影響作用，需計(jì)算試樣加固前后相同應(yīng)變值處的應(yīng)力差，并繪制會應(yīng)力差與軸向應(yīng)變之間的變化曲線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軸向應(yīng)變小于5%時(shí)，土工格室的加固作用隨軸向應(yīng)變的增大而不斷增大，當(dāng)軸向應(yīng)變增加到一定程度也就是超過5%時(shí)，加固作用不再隨軸向應(yīng)變的變化而變化，而是穩(wěn)定在一個(gè)相對穩(wěn)定的水平。
 
三軸試驗(yàn)結(jié)果表明土工格室在加固粗粒土?xí)r，通常會在片材焊接部位發(fā)生剝離和塑性延伸，兩者并不是相互獨(dú)立的關(guān)系，在試驗(yàn)初始階段，土工格室加固作用并不明顯，圍壓相同時(shí)加固粗粒土與未加固粗粒土的應(yīng)力應(yīng)變幾乎相同，其作用強(qiáng)度隨軸向應(yīng)變的增加逐漸增大隨后趨于穩(wěn)定。鑒于試驗(yàn)條件的限制，本次試驗(yàn)研究深度有限，由于土工格室加固粗粒土的作用機(jī)制異常復(fù)雜，還需在土工格室片材及相關(guān)加筋試驗(yàn)上深入研究。