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user: 3. 试验结果与分析 3.1. 土压力数据分析 图10给出了塌陷区T1土压力随活动底板沉降的变化曲线关系图，由图可见，A、B、C、D各组T1土压力随沉降量的变化趋势基本接近，沉降初期，沉降量约为0~1 mm时，塌陷区土压力迅速减小，不加筋组(A) T1土压力从16.5 kPa降至7.35 kPa，加筋组(B、C)与加筋反包组(D) T1土压力从16.5 kPa分别降至2.15 kPa、0.7 kPa、1.15 kPa，此时沉降较小，土工织物没有产生明显的变形，土工织物拉膜效应未完全发挥；随着沉降量的近一步增加，塌陷区土压力逐渐趋于稳定，不加筋组(A) T1土压力降至6.56 kPa，加筋组(B、C)与加筋反包组(D) T1土压力值均降低至0 kPa，此时土工织物变形较大，土工织物拉膜效应得到了充分的发挥。 由图10可知，随着塌陷区沉降量的不断增大，不加筋组(A) T1土压力在沉降结束时为6.56 kPa，此时活动底板仍承载部分上覆土压力，加筋组(B、C)与加筋反包组(D) T1土压力先迅速减小后逐渐趋于稳定并最终降低至0 kPa，是因为沉降结束时，土工织物与活动底板分离，活动底板不再承受上部土压力，土工织物拉膜效应得到充分发挥，表明土工织物起到了防止塌陷的作用，在沉降结束时，土工织物充分的发挥了拉膜效应，将塌陷区荷载部分传递至四周稳定区。由图还可以看到，相同锚固长度下，加筋反包组(D)比不反包组(B)先趋于稳定，加筋反包组(D) T1土压力降低至0 kPa时对应的沉降量介于加筋组B、C之间，表明筋材自由端采用反包方式效果明显。 图11给出了塌陷区T2土压力随活动底板沉降的变化关系曲线，由图可见，A、B、C、D各组T2土压力随着活动板的沉降而逐渐减低，在沉降初始阶段，各组T1土压力下降迅速，随后逐渐趋于稳定。加筋组(B、C、D) T2土压力降至0 kPa时的沉降量均小于同组T2土压力降至0 kPa时对应的沉降量。对于不加筋组(A)，T2土压力从初始的16.5 kPa降至3.82 kPa，远低于T2稳定后的土压力值，可能是因为塌陷区域边缘处的填土受到稳定区土体的约束，使得边缘处土体应力发生偏转，另外由于塌陷区竖向荷载与塌陷边界产生摩擦，因此导致边界处土压力在塌陷时降低更多。 图12、图13给出了稳定区T3、T4土压力随着活动底板的沉降的变化曲线，由图12可知，沉降初始阶段(沉降量约为0~5 mm)，A、B、C、D各组T3土压力随着活动底板的沉降而迅速增大，加筋组(B、C)与加筋反包组(D) T3土压力均大于不加筋组(A)，随着活动底板的近一步沉降，各加筋组(B、C、D) T3土压力逐渐降低至稳定，沉降结束时B组土压力为22.85 kPa，C、D组土压力分别为21.27 kPa、21.78 kPa，不加筋组(A)土压力稳定值为25.4 kPa。 图10. T1土压力随沉降量变化曲线 图11. T2土压力随沉降量变化曲线 由图13可知，各组试验T4土压力随着活动底板的下降而先上升随后逐渐趋于稳定，沉降结束时，A、B、C、D各组T4土压力从初始土压力分别增至21.52 kPa、23.97 kPa、25.81 kPa、25.48 kPa，锚固长度越长土压力增长越多，加筋组C、D土压力较为接近，相同锚固长度下(B、D组)，采用反包铺设方式土压力增加更多。结合图12、图13可以看出，T3组土压力有一定的减小，而T4组土压力则有所增加，可能是因为随着活动底板的不断沉降，土工织物变形逐渐增大，土工织物拉膜效应得到充分发挥，此时塌陷区边界上覆荷载由于拉膜效应的影响而传递至四周稳定区。 图12. T3土压力随沉降量变化曲线 图13. T4土压力随沉降量变化曲线 图14所示为沉降结束时(沉降量30 mm) T1-T6土压力在水平位置的分布曲线，T1-T6分别位于水平位置的0 m，0.1 m、0.2 m、0.3 m、0.5 m、0.7 m。由图可知，塌陷区不加筋组(A) T1、T2土压力在沉降结束时从初始土压力16.5 kPa分别降至6.56 kPa、3.82 kPa，此时活动底板仍承受一定的上覆土压力。而加筋组(B、C、D) T1、T2土压力在沉降结束时均为0 kPa，是因为土工织物的铺设起到了兜提塌陷区上方填土的作用，此时活动底板与土工织物分离，沉降结束时活动底板不再承受土压力。T3-T5土压力在沉降结束时均高于初始土压力，稳定区加筋组(B、C、D) T4、T5土压力较不加筋组(A)增加更多，而T6土压力增幅较小，几乎可忽略。 综上所述，不加筋组仅靠土拱效应将塌陷区上覆荷载传递至稳定区，传递区域较小，基本集中在塌陷区与稳定区交界处。加筋组由于土拱效应和筋材拉膜效应的共同作用将土压力由塌陷区传递至四周稳定区，导致塌陷区土压力减小，四周稳定区土压力增大，锚固长度越长，土压力较初始土压力增加越多。稳定区土压力的增加使得土颗粒之间的咬合力更大，填土与土工织物之间的摩擦力更大，因而产生更大的锚固力。相同锚固长度下，加筋反包组(D)比加筋不反包组(B) T4、T5土压力增大的更多，增大幅度介于B、C组之间，表明土工织物自由端采用反包方式可以增强筋土之间相互作用，提高筋材锚固力，减小铺设范围。 图14. T1土压力水平分布曲线 3.2. 土体变形分析 图15所示为沉降结束时，试验A组通过PIV处理所得填土竖向位移云图。由图可知，填土位移云图呈“拱”形，稳定区填土无明显位移，靠近塌陷区域有少量的位移。塌陷区靠近活动底板位置填土沉降量最大，越往上沉降量越小。选取塌陷区中心上方H = 0 m、H = 0.1 m、H = 0.2 m、H = 0.3 m……H = 1.0 m共11个点作为填土位移数据提取点，用于数据分析及对比。 图16为H = 0.1 m处的填土竖向位移与活动底板沉降量的关系曲线。由图可知，随着活动底板的不断沉降，该位置填土竖向位移大致呈线性增长，不加筋组A斜率约为1，沉降结束时，该点竖向位移为29.76 mm，表明不加筋时，该处土体与活动底板基本保持同步沉降。加筋反包组D与加筋组C斜率较为接近，且变化趋势基本一致，加筋组C、D在沉降结束时的竖向位移分别为4.01 mm、5.23 mm，加筋组B在沉降结束时的竖向位移量为10.58 mm，相同平铺长度下，H = 0.1 m处土工织物自由端反包时的竖向位移远低于不反包时的竖向位移。由此可见，土工织物的加入可以很好地减小填土竖向位移，控制填土的塌陷，锚固长度越长，填土沉降量越小。 图15. A组填土位移云图 图16. H = 0.1 m处竖向位移与沉降量变化曲线 图17所示为沉降结束时(沉降量为30 mm)各试验组塌陷区中心位置上不同填土高度处的竖向位移曲线。由图可见，越靠近活动底板的填土竖向位移量越大，离活动底板越远，竖向位移越小，相同填土高度处，加筋组(B、C、D)填土竖向位移均小于不加筋组A。沉降结束时，H = 0.3 m处加筋组C竖向位移最小，为0.28 mm，加筋组B、D分别为1.97 mm，0.58 mm，不加筋组A竖向位移最大，为13.81 mm。随着填土高度的增加，各试验组竖向位移逐渐减小，在达到一定高度后竖向位移约为0，此时该高度上部土体不再产生位移，不加筋组A竖向位移为0时相对应的填土高度约为0.89 m，说明活动底板的沉降对填土的整体稳定性造成了较大的影响。加筋组B竖向位移为0时的填土高度约为0.45 m，加筋组C和加筋反包组D竖向位移为0时相对应的填土高度均小于3.5 m，相比不反包，自由端采用反包方式对于塌陷的影响高度降低了40.63%，说明土工织物可以很好的控制上部填土的竖向位移，维持塌陷区上部土体的稳定性且采用反包方式效果明显。 图17. 不同填土高度处竖向位移变化曲线 综上所述，土工织物治理岩溶路基塌陷时，土拱效应与拉膜效应的共同作用使塌陷区上覆荷载部分传递至四周稳定区，导致塌陷区土压力减小，四周稳定区土压力增大。由于稳定区土工织物与填土的相互作用提供了土工织物的锚固力，另外由塌陷区传递至稳定区的荷载使得稳定区土工织物的锚固力增加，锚固力越大，土工织物越难被拉动，因此锚固力限制了塌陷区土工织物的近一步变形，从而减小塌陷区填土位移，阻止塌陷区上方土体向上扩大，防止塌陷近一步扩展。此外，相同锚固长度下(锚固长度L = 150 mm)，土工织物自由端采取反包方式，较不反包时有着更好的填土位移控制能力。自由端反包相当于将土工织物跟更好的锚固在填土中，使其与土颗粒之间接触面积更大，与填土产生更大的摩擦力与咬合力，从而使土工织物提供更大的锚固力，所以土工织物在治理岩溶塌陷时，相同平铺长度下，筋材自由端采用反包方式较不反包有着更强的治理能力和更好的治理效果。