土工织物愈来愈多地应用于各类岩土工程,作为增强材料使用的土工织物其力学性能对工程质量和安全性起着决定性作用,因此对织物拉伸力学行为的研究一直为人们所关注。由于实际使用过程中,土体的约束作用使织物力学性能不同于无约束情况,因此考虑这一背景,研究土工织物在松散介质约束下的拉伸力学行为对于土工织物工程应用具有重要的实际意义。从一般土体特性抽象出来,论文旨在通过织物无约束拉伸性能及土工织物一松散介质界面摩擦特点及作用规律,建立介质约束条件下的土工织物拉伸预测模型,探索土工织物在实际应用条件下的拉伸力学行为。基于拉拔试验和约束拉伸试验广泛为人们用作界面作用机理和织物约束拉伸性能的研究手段这一事实,论文首先设计并加工了包含有约束装置和弹簧加载装置且可与Instron万能材料试验机连接的实验设备。通过所建立的测试手段对岩土工程中最常用的机织和针刺土工织物分别进行拉拔试验和有约束、无约束拉伸试验。无约束拉伸试验表明,两类土工织物的拉伸非线性程度不同,通常的线弹性本构关系无法予以表达,根据对无约束拉伸试验数据的拟合,论文提出土工织物的拉伸非线性可采用幂函数形式进行表征:σ=aε~b。拟合参数a、b具有明确的物理意义,分别表示织物抵抗变形的能力和拉伸曲线的非线性程度。为获得土工织物－松散介质的界面摩擦性能及摩擦作用规律,论文选用两类织物共6种试样进行不同长度、不同约束压力下的拉拔试验展开进一步的研究。首先,论文从所定义的界面摩擦系数出发,分析了不同试样的摩擦系数及其变化规律。根据6种试样在埋入长度恒为200mm,约束压力分别为11.5、23.0、34.5kPa条件下进行拉拔试验获得的拉拔力峰值和残余拉拔力,计算得到不同试样的静、动摩擦系数。试验结果表明,摩擦系数随试样或试样规格不同而不同。约束压力增加,两类织物的摩擦系数变化呈现不同特点。针刺试样的静、动摩擦系数均随约束压力的增大而减小。压力增大导致织物被压实,同时颗粒介质嵌入织物,摩擦界面转变为介质和介质之间摩擦,因此测得针刺织物摩擦系数减小。进一步研究表明,静、动摩擦系数与约束压力关系可用双曲线函数表征,由此可以通过拟合方程获得其他约束压力下的试样与介质界面摩擦系数。机织试样表面密度较大,颗粒介质无法嵌入,其静、动摩擦系数随约束压力增加没有明显变化。拉拔过程通过织物的静、动摩擦系数区分为静摩擦和动摩擦两个不同阶段。拉拔位移曲线表明,静摩擦阶段拉拔力在持续增加直至达到最大值。试样不同埋入长度的拉拔实验表明,拉拔力的增加与试样传递长度有关,采用线性假设表征二者关系得出,界面剪应力在试样长度上均匀分布。试样的拉拔曲线反映了不同织物的拉拔特性。拉拔力和拉拔位移关系通过论文定义的拉拔特征参数建立联系。受试样的拉拔刚度、埋入长度、界面约束压力、摩擦系数等因素影响,织物的拉拔位移曲线具有不同特征和变化规律。拉拔刚度决定了土工织物拉拔曲线的曲率和非线性程度。介质的约束压力限制了织物的变形,因此,拉拔刚度和拉拔力峰值随约束压力增加而增大。土工织物的埋入长度增加使得界面接触面积增大,能够提供的摩擦力增大,最终导致拉拔力峰值增大。然而,埋入长度变化不会影响织物的变形能力,因此拉拔曲线初始斜率不会发生变化。土工织物的拉拔行为与其拉伸性能密切相关。土工织物约束拉伸实验表明,对针刺和机织试样的拉伸行为介质约束的影响表现程度不同。针刺织物约束拉伸具有明显的阶段性:初始拉拔阶段,即界面发生滑动之前的静摩擦阶段,随拉拔力传递长度增加,摩擦力增大,曲线表现为较大的斜率;后续拉伸阶段,力传递到整个埋入长度试样,界面摩擦转变为动摩擦,摩擦力保持恒定,此时拉伸力作用于织物本身,织物的拉伸行为类似无约束拉伸。介质约束使得针刺织物试样的拉伸强度、初始模量增加;同一应力下,织物变形减小。上述过程同样存在于机织试样的约束拉伸中,但机织物较高的模量使得介质约束的影响作用表现不明显,因此机织试样的约束拉伸曲线与无约束相比基本一致,拉伸曲线的阶段性特征不明显,曲线斜率没有显著变化。基于织物无约束拉伸应力应变关系和界面剪应力均匀分布假设,同时根据约束拉伸的的静、动摩擦阶段特点,论文分别建立了土工织物约束拉伸的初始拉拔阶段和后续拉伸阶段拉伸性能预测模型。分段表征的织物约束拉伸曲线取决于织物的无约束拉伸参数a和b、界面约束压力、界面最大静摩擦系数、动摩擦系数、试样厚度、试样长度等因素。模型验证结果表明,对于机织物的约束拉伸行为,模型预测结果与实验一致性较好;对于针刺织物,后续拉伸阶段模型预测与实验结果较为一致,但在初始拉拔阶段存在有一定程度的偏差。论文进一步探讨了模型预测产生偏差的原因,考虑了针刺织物拉拔力和试样长度的非线性关系,基于界面剪应力非均匀分布假设,提出剪应力沿试样长度分布函数对模型进行修正,修正模型的预测结果与针刺织物初始拉拔阶段实测值吻合程度较好。综上,对于具有不同拉伸非线性特征的土工织物,采用本文建立的预测模型及在此基础上进行修正的模型可以较好的预测其在松散介质约束下的拉伸力学行为。本文的研究建立在织物无约束拉伸拉伸应力应变关系可采用σ=aε~b形式表征基础上,织物拉伸非线性程度因参数a、b变化而发生改变,因此,对不同织物模型具有普适性。本文提出的松散介质约束下非线性土工织物拉伸力学行为的建模方法,为织物在实际应用中的拉伸性能评价提供了新的研究思路,只要能够确定织物的无约束应力应变关系和织物与约束介质的界面剪应力分布规律,均可借鉴论文提出的研究方法进行织物拉伸行为预测。