粗粒土因其良好的力学性能及透水性被广泛应用于路基填筑工程中
[1]。然而，随着基础设施建设的快速发展，建设成本成为影响高速选线的重要因素
[2]，部分地区出现缺乏优质回填土料或优质回填料运输成本过高的现象，为了节省成本项目建设中不得不使用当地更为经济的细粒含量原状土。而细粒土具有遇水软化、渗透性低和压缩性较高等特点，在长期循环荷载条件下会产生明显沉降变形，导致路基土体强度下降。直接应用细粒土存在许多隐患
[3]。有效利用低渗透土壤（具有高细粒含量），能使建筑总成本降低约30%，并提供经济和可持续性效益。因此，作为粗粒土的替代品，低渗透土壤越来越受欢迎
[4-5]。
近年来，中外学者针对细粒土开展了大量研究。研究路基土的动力特性，动三轴试验是目前主要研究方式
[6]。王勇等
[7]通过GDS循环三轴试验发现，砂土动弹模量随着细粒含量的增加而减小，当细粒含量超过30%后，变化趋势则相反。Trong等
[8]通过动三轴试验，发现在接近饱和状态下的细粒含量越高，其轴向应变越大，在含水率较低的情况下相反。针对细粒土路基常用水泥稳定砂石的方法加固。张更生等
[9]通过添加3%~12%的水泥稳定疏浚吹填粉土，发现稳定过程中塑性指数﹑液塑限﹑密度和强度都有明显上升。然而使用水泥材料在一定程度上会对环境造成损害，如其生产过程中需要消耗大量的能源且会释放大量的二氧化碳
[10-11]。王晓明
[12]为解决路段路基填料匮乏，在原河卵石填料中掺加细粒土和粉煤灰改善填料级配，使之成为合格的路基填料。吕玺琳等
[13]通过三轴试验研究了黏土含量和初始相对密度对细粒砂土静态液化特征的影响，结果表明砂土越松散、细颗粒含量越高越易触发静态液化失稳。因此细粒含量对砂-黏土土混合料的影响还需进一步探究，在此基础上还有更多的土体加固方法值得被考虑以提高细粒土的工程性质。
土工合成材料具有限制土体沉降、提高土体承载力和稳定性等许多优点，已在土木工程行业得到广泛应用。许多学者对加筋土进行了相关研究
[14]。桑鼎等
[15]研究发现，高分子聚合物聚乙烯醇和聚丙烯纤维对松散堆积砂土复合改良效果。Vieira
[16]研究表明，细粒土与土工合成材料结合可以有效提高回填土强度、稳定性以及维持长期抑制变形的能力，可满足工程建设需求。贺志军等
[17]通过大型三轴试验，研究了不同加筋层数土工格栅细粒土砂静力学特性和加筋效果，试验结果表明加筋后的土体强度明显增强。Jayalath等
[18]通过模型试验研究复合土工格栅加筋对路基模型的性能影响，发现复合土工格栅加筋可以有效减小路基变形和垂直应力，其加固效果会随基础厚度的增加而减少。郜晓等
[19]通过纤维对黄土进行加筋处理，开展动三轴试验，结果表明，纤维的加入增强了黄土的强度。Reehana等
[20]对纤维加筋土在循环荷载作用下动力性能进行研究，结果表明，随着围压的升高，纤维的加入使动剪切模量和阻尼比有所改善，纤维的加入减少了永久应变。
基于此，通过试验深入探究细粒参量范围和加筋措施对砂-黏土混合料动力性能影响，以达到低碳经济和优化结构力学性能目的。针对传统细粒土加固技术资源消耗高、污染大和结构容易破坏等问题，提出采用新型复合土工网替代水泥等加固细粒土方案。通过大型动三轴试验，系统分析不同细粒含量、不同土工合成材料和加筋方案影响规律，加筋土轴向累计变形、动应力-动应变关系和动弹性模量规律。研究成果对加筋细粒土用于实际工程具有重要参考价值。
1 试验材料及设备
1.1 试验材料
100%细粒含量土样基本物理参数如
表1所示。试验设置细粒含量分别为0、20、40、60%和80%的5种不同级配砂土混合料。其中，对40%细粒含量试样进行加筋。试样级配曲线如
图1所示。
分别对不同比例细粒含量土进行击实试验，得到不同细粒含量试样的最优含水率和最大干密度。
图2为不同细粒含量砂土击实试验果。可以看出，细粒含量的增加会导致最大干密度减小，最佳含水量增加。
1.2 土工合成材料
试验采用3种不同土工合成材料进行加筋，分别为土工布、双向土工格栅以及一种新型的复合土工网。不同土工合成材料的实物图如
图3所示，物理性能如
表2所示。
2 试样制备及试验方案
根据击实试验测得的最优含水率配水拌合并闷料24 h，使水分分布均匀。按照大三轴制样步骤安装套筒模具，将制备好的填料分6层装入直径300 mm，高600 mm模具中逐层击实，根据《铁路路基施工技术规范》（Q/CR 9602—2015）控制压实度在95%。土工合成材料铺设方式如
图4所示。
本次试验的设备为DJSZ-150大型动三轴试验机，主要由电脑操作系统、轴向加载系统、油源输出系统、围压控制系统和风力制冷系统等组成，如
图5所示。该设备可施加最大轴向荷载为300 kN，最大围压为3.0 MPa，动态波型可适用于正弦波、方波、三角波等周期波，加载频率范围为0.01~5 Hz；负荷振动波动度优于±2%，平均负荷波动度为±0.5%；应变控制精度为±1%F.S。
试验采用应力控制加载，为避免试验时间过长，也能有效地模拟许多实际应用中的工况，加载频率选取1 Hz的正弦波，进行固结不排水动三轴试验，根据文献[
21]，当循环次数达到5 000次或试样的轴向应变达到15%
[22]，视为试验结束。具体加载方式如
图6所示。试验方案如
表3所示。
3 试验结果及分析
3.1 轴向累计应变影响因素分析
3.1.1 应力幅值的影响
应力幅值对土体动力行为的影响是土体的动态稳定性分析中的重要考虑因素。分析土体在不同应力幅值下随循环次数的增加而累计的轴向应变可以确定土体临界应力幅值，对明确土体的动应力承载范围有重要参考价值，可为路基承载力设计提供参考。
图7为40%细粒含量试样，100 kPa围压时，在不同动应力幅值作用下的轴向累计应变与循环次数关系曲线。可以看出，当动应力幅值为120、150 kPa时轴向应变先增加后趋于稳定，这是由于在加载初期，颗粒间错动滑移，造成轴向应变迅速增长，颗粒滑动后组成更紧密的土体骨架，而随荷载继续施加，土体强度足以抵抗外部荷载，试样处于弹性状态，变形趋于稳定。当动应力幅值为165 kPa时，在前期循环荷载作用下，试样塑性变形快速增大，随着循环次数增加，这是由于试样逐渐压密，抵变形能力增强，但试样应变始终保持增长趋势，只是循环次数增加，累计塑性应变增长速率减缓，试样处于塑性状态，处于临界应力范围。当动应力幅值为180 kPa时，动压实后试样轴向累计应变率迅速增加，并在加载100次后达到破坏应变15%，此时土体处于增量破坏。
安定性理论可以很好地描述弹塑性结构在循环荷载作用下的累计变形特性
[23]，随加载次数变化，曲线变形模式可以分为稳定、临界和破坏型，并存在一个临界应力幅值，大于该值时土体会迅速破坏。临界曲线中对应的动应力幅值为临界动应力
[24-25]，由
图7可得，临界动应力范围为165~150 kPa取其中值即得临界动应力推算值。本研究计算得到的素土临界动应力推算值结果如
表4所示。另外根据安定理论和临界动应力划分范围，应确保小于。
3.1.2 细粒含量的影响
图8给出了围压100 kPa，动应力幅值150 kPa时不同细粒含量砂土的轴向累计应变与循环次数的关系曲线。可以明显看出，当细粒含量为20%的时候，试样的轴向累计应变相较于纯砂明显减小，因此当细粒含量大于0且小于20%时，存在一段轴向累计应变随细粒含量增加而减小的阶段。在这个阶段细粒不断填充在砂粒间隙，土体抗剪强度有所提升。当细粒含量大于20%而小于40%时，存在一段随着细粒含量增加试样轴向累计应变显著增大的阶段。当细粒含量大于40%后，土样累计变形明显随着细粒含量的增加而增大。不同细粒含量砂土混合料总体呈现出轴向累计应变随细粒含量先减小后增加这样一个特征，证明存在最优细粒含量。此外在循环荷载初期，轴向累计应变迅速增长，随后增长速率有所缓减，但始终保持增长趋势。
在围压为100 kPa时，5 000振动次数下20%细粒含量试样轴向累计应变为0.94%，相较于其他细粒含量试样具有更强的抗变形能力，其原因可能是20%细粒刚好可以填充在砂砾骨架形成的孔隙之中，使土体更密实且具有更大的抗剪强度。进一步证明砂土混合料具有最优细粒含量。细粒含量大于20%的试样，轴向应变随着细粒含量的增加而显著增大，80%细粒含量试样在振动194次后发生破坏。
3.1.3 加筋形式的影响
为研究不同加筋材料及加筋层数对土样的轴向抗剪性能的提升程度，选取细粒含量40%，围压100 kPa的试验结果进行分析。从
图9可以看出，加筋对细粒含量砂土试样的抗剪变形效果提升显著。对比不加筋试样与两层加筋的土工布、双向土工格栅和复合土工网的轴向累计应变可以发现，复合土工网加筋效果最佳，与不加筋相比，第5 000次循环后其轴向累计应变减小了53%，土工格栅次之，而土工布对轴向累计影响较小，仅减小12%。在加载初期，加筋和不加筋对试样的轴向累计应变影响并不大，但随着振动次数的增加，加筋与不加筋的轴向累计应变相差越来越大，并逐渐趋于稳定，说明只有在一定的扰动条件下，筋材对砂土变形的限制效果才能更好体现。加一层的双向格栅和复合土工网与未加筋相比，轴向累计应变减小幅度分别为13.5%和29.8%，双层加筋与不加筋试样相比，轴向累计应变减小幅度分别为34.5%和53.1%，表明随着加筋层数的增加，试样的轴向累计应变逐渐减小，但其减小的幅度也在逐渐降低。
3.2 动应力-动应变关系
3.2.1 不同细粒含量对土体滞回曲线影响
为了解细粒含量对砂土动应力-动应变曲线变化规律的影响，对围压=100 kPa，动应力幅值=150 kPa下试样滞回圈进行分析，如
图10所示。试样在循环动荷载作用下产生的轴向变形分别为弹性变形和塑性变形两个部分。由于篇幅有限且规律相似，仅给出3种细粒含量土样滞回曲线图，不同细粒含量的土样在加载前期塑性变形均处于波动上升阶段，滞回曲线随振次的增加有疏松逐渐向致密发展，说明在动应力加载阶段塑性变形速率逐渐减小。相较于其他细粒含量的砂土，当细粒含量为20%时，试样塑性变形阶段最短，在7或8振次下即进入弹性变形阶段，试样轴向累计应变也最小。从
图10可以看出，当细粒含量为0~20%时，随着细粒含量的增加，试样的动应变达到稳定状态的振次会逐渐减小。而当细粒含量超过20%时，随着细粒含量的增加，试样塑性阶段的振次也会增加，且在相同荷载幅值条件下上升速率增加越来越明显。然而，随着动应变的增大，塑性累计应变在某个峰值后开始下降，而后滞回曲线逐渐密实。
3.2.2 不同加筋材料对滞回曲线的影响
不同加筋材料对试样的加筋效果对比明显，为更为直观比较不同加筋材料加筋试样对滞回曲线的的影响选择两层加筋，
图11显示不同加筋材料试样在围压=100 kPa，动应力幅值=150 kPa条件下第100、1 000和5 000振次下的单个滞回圈。从
图11可以看出，不同循环次数下各加筋试样滞回曲线形态和趋势几乎相同。当循环次数不断增加时，滞回曲线均向右平移。无论是哪种加筋材料，在循环荷载初期，振次对动应变的影响较大。随着振次增加，动应变增量逐渐减小。不加筋和土工布加筋试样在振次
N=100时动应变差距不明显，说明在循环荷载初期土工布对试样的抗变形能力提升不明显，强度上的提升在荷载后期才得以显现。不难看出，土工格栅加筋试样相较于土工布加筋试样，其在循环荷载作用下对试样的抗变形能有着更为显著的提升。相同动应力下，复合土工网的动应变最小，试样的抗变形能力最强。
3.3 动弹模量影响
动弹性模量是反映土体动力特征极为重要的参数，描述材料在周期性或瞬时载荷下的变形行为。动弹性模量与静态弹性模量类似，但考虑了材料在频率变化时的反应。
细粒参量不同砂土土动力特性也不相同。
图12为相同应力幅值下不同细粒含量无加筋砂土的动应变-动弹模量关系曲线。可以看出，动弹模量随着动应变的增加而增加，20%细粒含量试样动弹模量随动应变增加速率最大，其次是无细粒试样。这与上面不同细粒参量下试样轴向累计变形所表现出的规律相对应，随着细粒含量增加，总体呈现出动弹模量随应变的增加先逐渐增加后减小这样一个特征。
不同加筋类型下动应变-动弹模量关系曲线如
图13所示，在加载前期，动弹性模量增加较小，这是因为此时试样处于松散到压密状态，在压密阶段后，动弹性模量迅速增加。不加筋、土工布和土工格栅加筋试样在加载后期动弹模量增加速率减小，而复合土工网加筋试样的动弹性模量随动应变呈线性增加，表明复合土工网加筋试样相较其他试样对侧向约束较强，能大幅提高细粒土混料承载能力。在相同动应变下，复合土工网加筋试样动弹性模量始终高于其他筋材。在3%应变时，两层复合土工网加筋试样动弹性模量较其他试样增幅1.3~2.7倍，并且其动弹性模量呈线性增长趋势。由
图13还可观察到，当动应变到达6%~7%某点时，土工布加筋与不加筋试样出现接近交叉现象，是由于土工布加筋在动应变超过这个值后其侧向约束性能失效造成的。
4 结论
开展循环荷载下大型动三轴实验，探讨不同细粒含量和不同加筋条件下黏质砂土的轴向累计变形特性、动应力-动应变曲线以及动弹性模量发展规律，并对不同细粒含量和加筋条件对填料动力特性的影响机理进行分析。为部分缺少优质路基填料地区应用细粒土以及加筋结构提供理论上的基础，在满足路基安全性要求的同时达到节省资源和保护环境目的。得出如下主要结论。
（1）根据安定性理论推算出在100 kPa围压下，40%细粒含量土体的临界动应力推算值为157.5 kPa。其在路基承载力设计上能够起到一定的参考作用，在针对不同工况下路基基材的选择上可作为参考依据。
（2）砂土混合料轴向累计位移随细粒含量先减小后增加。不同细粒含量试样应力-动应变滞回曲线均表现波动上升趋势，相较于其他细粒含量的砂土，20%细粒含量试样塑性变形阶段最短，动弹性模量的增大最为迅速。因此可得出结论，在砂土混合料中细粒含量存在最优值。
（3）加筋可以显著提高细粒土砂的强度，在加载初期，加筋对试样抗变形能力的提升不明显，随振次增加，效果逐渐体现。复合土工网加筋效果最佳，与未加筋相比，其轴向累计变形减小了53%。土工布加筋在动应变超过6%~7%某点时值后其侧向约束发生了失效。复合土工网加筋试样动弹性模量随动应变呈线性增加，但随加筋层数增加，提供的抗变形能力会逐渐减弱。
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