土工格柵橫肋與砂土接觸面的細(xì)觀試驗(yàn)

通過(guò)經(jīng)編土工格柵、單向土工格柵與粗砂、圓礫、殘積土在不同法向壓力下的拉拔試驗(yàn),研究土工格柵與土界面特性.結(jié)果表明,單向格柵界面的拉拔系數(shù)和摩擦系數(shù)均小于經(jīng)編土工格柵界面,界面摩擦系數(shù)隨著土體顆粒粒徑的增大而增大.同時(shí)結(jié)合有限元分析的方法,將數(shù)值結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,進(jìn)一步研究了法向壓力、加筋長(zhǎng)度、土體模量、格柵軸向剛度、界面折減因子等參數(shù)對(duì)界面特性的影響.最后研究了不同拉力作用下的界面剪應(yīng)力和軸力分布規(guī)律.

通過(guò)對(duì)玻璃纖維土工格柵加筋土體的三軸試驗(yàn)研究,分析不同加筋層數(shù)、不同圍壓對(duì)試樣應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線、抗剪強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:加筋作用效果隨著軸向應(yīng)變的增大而增強(qiáng);同一種加筋材料,加筋層數(shù)越多,加筋效果越明顯;加筋使得試樣具有一定的延性,并能顯示出很強(qiáng)的后期效應(yīng);在低圍壓的情況下,采用加筋的方法來(lái)提高土的強(qiáng)度更為合理、有效。

筋土之間的相互作用機(jī)制復(fù)雜,是土工合成材料加筋加固應(yīng)用中的核心問(wèn)題。通過(guò)室內(nèi)拉拔試驗(yàn),研究了土工格柵與砂土相互作用機(jī)制和格柵幾何特征對(duì)拉拔阻力的影響。初步揭示了格柵橫肋和縱肋在拉拔模式下的作用機(jī)制和格柵網(wǎng)格剛度對(duì)拉拔阻力的影響。結(jié)果表明,在拉拔位移較小時(shí),縱肋摩阻力和橫肋被動(dòng)阻力幾乎同步增長(zhǎng);在拉拔位移較大時(shí),縱肋摩阻力逐步達(dá)到峰值,拉拔力的增量大部分來(lái)源于被動(dòng)阻力的進(jìn)一步增長(zhǎng)。土工格柵拉伸模量和網(wǎng)格剛度是影響筋土界面力學(xué)特性的重要因素。

對(duì)庫(kù)布齊沙地、毛烏素沙地和騰格里沙地的調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)采取土樣,試驗(yàn)測(cè)試了風(fēng)砂土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和礦物化學(xué)成分,研究并提出了庫(kù)布齊和騰格里風(fēng)砂土粒度成分、化學(xué)成分的同一性,以及與毛烏素風(fēng)砂土的差異性,這是由于土的成因與環(huán)境條件所至。對(duì)比分析了天然重度與干重度相差很小,最疏松狀態(tài)下和最密實(shí)狀態(tài)下干重度的也較接近,可用于控制填土密實(shí)度。在直剪摩擦和拉拔摩擦試驗(yàn)基礎(chǔ)上,研究了土工格柵加筋風(fēng)砂土產(chǎn)生的φ值和具有類似內(nèi)聚力的c值,土工格柵與土摩擦形成的復(fù)合材料改善和增強(qiáng)了力學(xué)與工程性能的原因以及土工格柵所起的作用。

土工合成材料加筋土工程中,土工合成材料與土的界面作用特性是關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。文章以土工格柵為加筋材料,以風(fēng)積砂為填料,通過(guò)直剪試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)研究土工格柵與風(fēng)積砂土的界面作用特性,以便為土工格柵加筋風(fēng)積砂土工程提供一些依據(jù)和參考

利用大型循環(huán)單剪試驗(yàn)儀,進(jìn)行30組大型單剪試驗(yàn),綜合研究分析不同類型的土工格柵,不同的格柵數(shù)量和格柵分布形式對(duì)加筋土力學(xué)特性的影響。研究3種不同類型的土工格柵,分別是矩形截面和橢圓形截面的雙向格柵,以及三向土工格柵。試驗(yàn)結(jié)果表明,土工格柵的截面肋條以及節(jié)點(diǎn)厚度和相對(duì)開(kāi)孔面積與加筋砂土的抗剪強(qiáng)度呈正相關(guān),肋條長(zhǎng)度和寬度與加筋砂土的抗剪強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)。進(jìn)一步試驗(yàn)表明,格柵的布置層數(shù)對(duì)砂土的力學(xué)性能產(chǎn)生影響。當(dāng)向純砂中加入土工格柵時(shí),其整體純剪切強(qiáng)度降低。砂土的剪切破壞面集中在試樣上部,試樣下部各高度處的相對(duì)剪切位移較小。加入土工格柵后,整體試樣的表觀黏聚力增加,摩擦角降低。因此,在單剪模式且筋材鋪設(shè)方向與剪切方向一致時(shí),筋土界面成為軟弱界面,降低了抗剪強(qiáng)度,同時(shí)筋材對(duì)砂土有一定的約束作用,因此出現(xiàn)了表觀黏聚力。

土工格柵的蠕變影響其在工程中的應(yīng)用。針對(duì)此問(wèn)題,本文進(jìn)行了土工格柵的蠕變?cè)囼?yàn),并得到不同設(shè)計(jì)年限下的蠕變強(qiáng)度折減系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在低應(yīng)力比條件下,土工格柵應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長(zhǎng),逐漸變緩,最后趨于穩(wěn)定;在高應(yīng)力比條件下,土工格柵的應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長(zhǎng),直至斷裂;試樣所受到的應(yīng)力比越大,相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)酱?達(dá)到同樣大小的應(yīng)變值,較低的應(yīng)變比條件下所需時(shí)間長(zhǎng),較高的應(yīng)變比所需的時(shí)間少;土工格柵在應(yīng)力松弛狀態(tài)中,保持應(yīng)變不變時(shí),荷載隨著時(shí)間的增加而逐漸減小。

土工格柵的蠕變影響其在工程中的應(yīng)用。針對(duì)此問(wèn)題,本文進(jìn)行了土工格柵的蠕變?cè)囼?yàn),并得到不同設(shè)計(jì)年限下的蠕變強(qiáng)度折減系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明:在低應(yīng)力比條件下,土工格柵應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長(zhǎng),逐漸變緩,最后趨于穩(wěn)定；在高應(yīng)力比條件下,土工格柵的應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長(zhǎng),直至斷裂；試樣所受到的應(yīng)力比越大,相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)酱?；達(dá)到同樣大小的應(yīng)變值,較低的應(yīng)變比條件下所需時(shí)間長(zhǎng),較高的應(yīng)變比所需的時(shí)間少；土工格柵在應(yīng)力松弛狀態(tài)中,保持應(yīng)變不變時(shí),荷載隨著時(shí)間的增加而逐漸減小。

通過(guò)載荷試驗(yàn),模擬基礎(chǔ)受荷條件下的剪切破壞過(guò)程,了解不同類型格柵在增大荷載擴(kuò)散角,提高承載力,減小地基變形等方面的效果。

加筋土技術(shù)已在公路、水運(yùn)、鐵道、水利等工程中廣泛采用。加筋材料在工程中的蠕變性及耐久性問(wèn)題一直是人們關(guān)注的重要問(wèn)題。通過(guò)對(duì)土工格柵的系列變形試驗(yàn),得出土工格柵長(zhǎng)期荷載作用下的變形特征,即變形率與時(shí)間呈對(duì)數(shù)關(guān)系,與應(yīng)力大小呈“s”曲線關(guān)系,為加筋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和加筋材料在工程上的應(yīng)用提供重要參考。

有關(guān)土工織物界面試驗(yàn)的成果較多,而土工格柵界面試驗(yàn)的成果很少。介紹了單向拉伸格柵和經(jīng)編格柵的界面試驗(yàn)內(nèi)容和成果,對(duì)土工格柵與砂礫石、粗砂、殘積土的界面摩擦系數(shù)作出評(píng)價(jià),并與有紡?fù)凉げ嫉某晒M(jìn)行比較。

土工格柵與土的界面作用特性直接影響著加筋土擋墻的安全與穩(wěn)定性。因此,土工格柵與填料的界面技術(shù)指標(biāo)在加筋土擋墻的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。本文在從試驗(yàn)方法、加載方式、試驗(yàn)箱側(cè)壁邊界效應(yīng)和尺寸效應(yīng)、填料厚度、壓實(shí)度以及筋材夾持狀況等幾方面分析土工格柵界面摩擦特性影響因素基礎(chǔ)上,進(jìn)行了土工格柵在砂礫料和粘性土中的拉拔試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:土工格柵與砂礫料接觸面抗剪強(qiáng)度較高,而與粘土接觸面抗剪強(qiáng)度很低;對(duì)于加筋土擋墻拉拔力較大的層位,應(yīng)選用剛度大的土工格柵和砂礫料為填料。直剪摩擦試驗(yàn)不適合確定土工格柵接觸面的抗剪強(qiáng)度。該試驗(yàn)結(jié)果對(duì)土工格柵加筋土擋土墻的設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。

土工格柵的蠕變影響其在工程中的應(yīng)用。針對(duì)此問(wèn)題,本文進(jìn)行了土工格柵的蠕變?cè)囼?yàn),并得到不同設(shè)計(jì)年限下的蠕變強(qiáng)度折減系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在低應(yīng)力比條件下,土工格柵應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長(zhǎng),逐漸變緩,最后趨于穩(wěn)定;在高應(yīng)力比條件下,土工格柵的應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增長(zhǎng),直至斷裂;試樣所受到的應(yīng)力比越大,相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)酱?達(dá)到同樣大小的應(yīng)變值,較低的應(yīng)變比條件下所需時(shí)間長(zhǎng),較高的應(yīng)變比所需的時(shí)間少;土工格柵在應(yīng)力松弛狀態(tài)中,保持應(yīng)變不變時(shí),荷載隨著時(shí)間的增加而逐漸減小。

中華人民共和國(guó)土工合成材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土工合成材料塑料土工格柵標(biāo) 準(zhǔn) 山東眾聯(lián)新材料科技有限公司與各大土工材料企業(yè)分享 15053418175土工材料服務(wù)熱線 1范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以聚丙烯（pp）、高密度聚乙烯（hdpe）或其它高分子聚合物為主要原料加入抗紫外線助劑，經(jīng)擠出、拉 伸成型的塑料土工格柵的范圍、定義、命名、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則和產(chǎn)品標(biāo)志及運(yùn)輸、貯存。 本標(biāo)準(zhǔn)不適用于塑料土工網(wǎng)。 2、性引用標(biāo)準(zhǔn) 下列標(biāo)準(zhǔn)所包括的條文，通過(guò)在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn)出版時(shí)，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會(huì) 被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。 gb/t2918－1998塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境 gb/t1040－1992塑料拉伸性能試驗(yàn)方法 gb/t13762－1992

橡膠砂作為輕質(zhì)、耗能填料在土木工程中有廣泛的應(yīng)用前景,但其強(qiáng)度往往會(huì)隨橡膠含量的增大而降低。土工格柵常用于對(duì)散體材料的加筋補(bǔ)強(qiáng),研究土工格柵對(duì)橡膠砂強(qiáng)度特性的加筋效應(yīng)具有重要意義?；谌S壓縮試驗(yàn),對(duì)3種不同格柵布置方式(1、2、3層)下的干燥橡膠砂強(qiáng)度特性展開(kāi)研究,重點(diǎn)考察加筋層數(shù)對(duì)不同圍壓(50、100、200kpa)下、不同配比(0%、10%、20%、30%、40%)橡膠砂的強(qiáng)度參數(shù),如峰值強(qiáng)度、似黏聚力、內(nèi)摩擦角的影響規(guī)律。結(jié)果表明:土工格柵加筋橡膠砂的強(qiáng)度參數(shù),包括峰值強(qiáng)度、似黏聚力、內(nèi)摩擦角,相對(duì)于未加筋橡膠砂均有明顯提高,提高幅度隨土工格柵加筋層數(shù)的增加而增大,隨著圍壓的降低而增大；土工格柵對(duì)配比為20%橡膠砂的強(qiáng)度加筋效應(yīng)最為明顯；土工格柵加筋橡膠砂的強(qiáng)度參數(shù)恢復(fù)系數(shù)與加筋密度之間呈良好的線性關(guān)系；土工格柵加筋橡膠砂的強(qiáng)度特性可由試驗(yàn)所得的經(jīng)驗(yàn)恢復(fù)函數(shù)較好地估計(jì)。

土工格柵與土體界面摩擦特性指標(biāo)是加筋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?；诜治鐾凉じ駯排c土體的界面摩擦形式,進(jìn)行了一系列室內(nèi)筋土界面拉拔試驗(yàn)和直剪摩擦試驗(yàn),測(cè)試了兩種試驗(yàn)條件的界面摩擦特性。試驗(yàn)結(jié)果表明:土工格柵與砂礫料接觸面抗剪強(qiáng)度較高,而與粘土接觸面抗剪強(qiáng)度很低。剪切速率對(duì)兩種試驗(yàn)方法測(cè)得的界面摩擦特性指標(biāo)有不同的影響。隨著法向應(yīng)力的增加或剪切速率的降低,筋土界面剪應(yīng)力力峰值以及其對(duì)應(yīng)的剪切位移增大。土工格柵的橫肋對(duì)筋土界面特性具有重要貢獻(xiàn)。隨著填料壓實(shí)度的提高,土工格柵加筋效果越明顯。

土工格柵是一種新型的加筋材料,目前有關(guān)土工格柵機(jī)理的研究較少,處于理論落后于工程實(shí)際的狀態(tài)。通過(guò)直剪摩擦試驗(yàn)和拉拔摩擦試驗(yàn)對(duì)土工格柵(包括塑料格柵和經(jīng)編格柵)與粗粒土(砂礫、砂和殘積土)之間的界面摩擦特性進(jìn)行了研究,同時(shí)還采用有紡?fù)凉げ歼M(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,與早期普遍采用的有紡?fù)凉げ技咏畈牧舷啾?無(wú)論是強(qiáng)度、延伸率、界面摩擦系數(shù),土工格柵都具有明顯的優(yōu)點(diǎn),尤以土工格柵配合碎石類填料的效果最好,它可以產(chǎn)生摩擦、咬合、嵌鎖等綜合作用。

為了研究筋土界面之間復(fù)雜的相互作用機(jī)制,通過(guò)室內(nèi)拉拔模型試驗(yàn),研究不同橫肋間距條件下高密度聚乙烯單向拉伸土工格柵的筋土界面作用特性,分析橫肋間距和法向應(yīng)力對(duì)筋土界面拉拔力的影響.結(jié)果表明:隨著土工格柵橫肋間距的增大,筋土界面的最大拉拔力和達(dá)到最大拉拔力所需的拉拔位移逐漸減小,且黏聚力和摩擦角也呈減小的趨勢(shì);當(dāng)土工格柵橫肋間距較小時(shí)拉拔曲線呈現(xiàn)出應(yīng)變硬化的特征,隨著橫肋間距的增加,拉拔曲線由應(yīng)變硬化向應(yīng)變軟化轉(zhuǎn)化;當(dāng)土工格柵的橫肋間距一定時(shí),筋土界面的最大拉拔力隨著施加法向應(yīng)力的增加而逐漸增大;筋土界面的摩擦系數(shù)隨橫肋間距和法向應(yīng)力的增加而逐漸減小;橫肋端承阻力在拉拔力中起著主導(dǎo)作用,且在高應(yīng)力作用下橫肋加筋的效果更為顯著,橫肋端承阻力對(duì)筋土界面最大拉拔力的貢獻(xiàn)接近占90％.

土工格柵與土的界面摩擦特性指標(biāo)是加筋土工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。通過(guò)分析土工格柵與土的界面摩擦作用和進(jìn)行了直剪摩擦試驗(yàn)和拉拔摩擦試驗(yàn),測(cè)試了兩種試驗(yàn)條件的界面摩擦特性。在兩種試驗(yàn)條件下,土工格柵加筋土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度均有界面摩擦角φsq和界面凝聚力csq,且土工格柵與土相對(duì)位移量的不同,其復(fù)合體的強(qiáng)度機(jī)理有區(qū)別。在拉拔摩擦試驗(yàn)中,剪應(yīng)力峰值強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的剪切變形值高于直剪摩擦試驗(yàn)中剪應(yīng)力峰值強(qiáng)度的剪切變形值5～10倍以上。兩種試驗(yàn)均有其適用性,而土與土工格柵的相對(duì)位移較小時(shí)直剪摩擦試驗(yàn)較能反映實(shí)際;土與土工格柵相對(duì)位移較大時(shí)土與格柵雙面均發(fā)生相對(duì)位移,拉拔摩擦試驗(yàn)更為合適。隨法向應(yīng)力的增大,直剪摩擦和拉拔摩擦試驗(yàn)的剪應(yīng)力峰值以及剪應(yīng)力峰值對(duì)應(yīng)的位移均提高。直剪摩擦的剪切速度小,剪應(yīng)力峰值強(qiáng)度高,且達(dá)到峰值強(qiáng)度的剪切位移大;增加剪切速度,剪應(yīng)力峰值強(qiáng)度降低,且對(duì)應(yīng)的位移也減少,其原因是界面上的孔隙水壓力消散和筋材的應(yīng)力松弛。應(yīng)根據(jù)具體工程的需要選擇直剪摩擦試驗(yàn)和拉拔摩擦試驗(yàn)確定設(shè)計(jì)參數(shù)。

為了研究土工格柵加筋土的機(jī)理,找出影響加筋土界面特性的主要因素,通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有拉拔試驗(yàn)設(shè)備,研制了兼顧速率穩(wěn)定性和能量損失的電動(dòng)型拉拔設(shè)備.采用tgdg80型土工格柵,以石灰土、粉土為填料,在疏松、中密、密實(shí)3種壓實(shí)狀態(tài)和3.125、5.417、7.167kpa三種豎向荷載下進(jìn)行多組正交拉拔試驗(yàn).結(jié)果表明:石灰土與tgdg80型土工格柵的加筋土組合的安全性和穩(wěn)定性更優(yōu),充足的壓實(shí)度能大大提高加筋土擋墻的柔性和協(xié)調(diào)性.

通過(guò)拉拔試驗(yàn),分析了土工格柵在不同填料中的摩擦特性規(guī)律,并對(duì)影響摩擦特性的幾個(gè)主要試驗(yàn)條件進(jìn)行了分析研究,對(duì)今后的筋材拉拔試驗(yàn)及工程應(yīng)用具有參考價(jià)值.

為研究土工格柵縱橫肋與砂土的界面受力特性,進(jìn)行了不同法向壓力的格柵拉拔試驗(yàn),分別設(shè)計(jì)了橫向與縱向剪除橫肋的6種拉拔試驗(yàn)工況,研究橫肋減少對(duì)格柵受力、拉拔阻力峰值和位移及似摩擦系數(shù)的影響,并分別對(duì)比了整體剪切和刺入剪切破壞模式下的格柵拉拔阻力,揭示格柵筋土界面的相互作用機(jī)理。結(jié)果表明,隨著橫肋的減少,格柵拉拔阻力和似摩擦系數(shù)不斷地變小;橫肋沿橫向減少的格柵最大拉拔阻力大于橫肋沿縱向減少的最大拉拔阻力,完整橫肋有助于筋土界面的加筋作用的充分發(fā)揮。理論計(jì)算格柵界面摩擦力約為18%-19%的試驗(yàn)拉拔阻力,而試驗(yàn)獲得的格柵界面摩擦力與試驗(yàn)拉拔阻力的比值為29%-33%,橫肋與土體擠壓咬合產(chǎn)生的承載力分量占了總拉拔阻力的67%-71%,橫肋極大提高了土工格柵的拉拔阻力。