• 茂隆土工材料
您当前所在位置:首页 > 行业动态 > 正文

单、双向塑料土工格栅与不同填料界面作用特性对比试验研究

作者:山东茂隆新材料科技有限公司 时间:2021-04-17 12:34:38 阅读:259

1965年,法国工程师HenriVidal首次提出了现代加筋土技术,目前已广泛应用于公路、铁路、港口、机场等重大工程建设中行加筋土结构设计及稳定性分析,其作用参数是其不可缺少的技术指标。对筋土界面相互作用的研究,通常采用室内拉拔试验和直剪试验。国内外学者通过拉拔试验和直剪试验,研究了土工合成材料与填料之间的界面作用特性,其中土工合成材料主要有砂土、土工织物、土工膜、土工网等。填料主要是砂和黏性土。我国许多学者也通过拉拔试验和直剪试验,对土工合成材料与填料的界面行为进行了研究,但以往的研究多为土工织物。近几年来,随着单、双向塑料土工格栅的逐步推广应用,对其界面特性的研究也逐渐展开,但总的来说,试验和理论研究仍落后于工程应用,所以,针对填料压实度、拉拔速率等关键因素影响下单、双向塑料土工格栅与不同性质填料的界面作用特性进行系统试验研究非常必要。

单向塑料土工格栅

试验设备、材料、方法和内容

2.1试验设备

试验设备采用某路德专业土壤仪器厂生产的TZY-1型土工合成材料综合测定仪。水平荷载采用应变控制加荷方式,有0.07~8.67mm/min12种速率档位可供选择;垂直荷载采用高精度调压阀和滚动隔膜汽缸组成的闭环反馈稳压系统;数据采集和处理由单片机自动控制、自动判断峰值。

2.2试验材料

试样土料分黏性土和砂土两种,均采自试验段工程现场。黏性土和砂土的基本物理力学性质指标分别列于表1和表2.

根据《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002),黏性土定名为粉质黏土,砂土定名为中砂。

试验用土工格栅为定向拉伸塑料土工格栅,分为单、双向土工格栅两种,单向土工格栅聚合物为高密度聚乙烯(HDPE),双向土工格栅聚合物为聚丙烯(PP)。两种格栅的技术指标见表3.

2.3试验方法

这增加试验结果的可比性,减少尺寸效应影响,拉拔试验和直剪试验均采用同一规格的组合式试验盒,下盒内部尺寸为20cm(长)*20cm(宽)cm*3.7cm(高),上盒内部尺寸为20cm(长)*20cm(宽)cm*6.3cm(高),上、下盒壁厚均为3.5cm。

双向塑料土工格栅

土样按要求的密实度和含水率(黏性土采用压实度指标λ,含水率控制到最优含水率;砂土采用相对密度指标Dr,含水率为天然含水率)分层压实装入上、下盒内,格栅埋在土内的尽寸为16cm*16cm,单、双向土工格栅尺寸保持相同;上盒填土压实后,盖好刚性承压板,施加垂直应力P。土样固结,固结时间黏性土为1h,砂土为15min。拉拔采用应变控制方式,拉拔速率为0.53mm/min,拉拔时自动记录水平拉力Tp和拉拔位移Lp。Lp达到40mm时,试验停止。

剪切盒下盒放置木块,将格栅试样固定在下盒表面,格栅埋在土内的尺寸为20cm*20cm,单、双向土工格栅尺寸保持相同;上盒按要求的密实度和含水率分层压实装入土样,填土压实平整后,盖好承压板,施加垂直应力P,土样固结,固结时间同拉拔试验。剪切速度为0.53mm/min,剪切时自动记录水平推力Ts和剪切位移Ls。Ls达到12mm时,试验停止。

2.4试验内容

根据实际工况设计试验内容:①针对黏性土坡单向土工格栅加筋工况,着重研究黏性土-单向土工格栅之间的界面特性,分析填料压实度、垂直应力、拉拔速率对界面强度的影响,同时辅助一定数量的黏性土-双向土工格栅试验,对比分析单、双向土工格栅在黏性土中的加筋效果和不同作用机制;②针对排水砂垫层双向土工格栅加筋工况,着重研究砂土-双向土工格栅之间的界面特性,分析填料相对密度、垂直应力、拉拔速率对界面强度的影响,同时辅助一定数量的砂土-单向土工格栅试验,对比分析单、双向土工格栅在砂土中的加筋效果和不同作用机制。具体试验工况汇总于表4.

3计算公式

如公式中:Ap为拉拔试验埋在土内的试样面积;As为剪切试验埋在土内的试样面积;Cgs、ψgs分别为界面黏聚力和界面摩擦角:Pr为计算

4拉拔试验结果

4.1黏性土-单向土工格栅工况

黏性土-单向土工格栅拉拔试验中考滤了填料压实度、垂直应力和拉拔速率对界面作用特性的影响。图3为不同压实度条件下得到的拉拔试验界面剪应力-拉拔位移关系曲线。

由图3可知,黏性土压实度λ对拉拔曲线形态有一定影响,随着λ的增加,拉拔曲线族逐渐由应变硬化型向应变软化型发展。当λ=0.95时,在不同的应水水平下,拉拔曲线峰值后的应变软化特征均十分明显。垂直应力大小不仅影响拉拔阻力的峰值大小,而且影响峰值出现时的位移水平,这一现象在高密实度试样内表现得尤为明显。由图3(c)可知,施加的垂直应力越大,拉拔曲线峰值出现时的位移越大。从机制上分析,拉拔试验时筋土界面的剪应力是一个随拉拔位移渐进发挥的过程,施加的垂直应力越大,界面约束作用越强,这一渐进发挥过程越缓慢,界面剪应力达到抗剪强度所需的位移就越大。

读取各级垂直应力下的剪应力峰值**,绘制**关系,如图4所示。线性拟合后读取拟合直线的截距和斜率,分别得到界面黏聚力Cgs和摩擦解ψgs,线性拟合相关系数R²均在0.98以上。

目前,关于界面似摩擦系数f的计算方法国内外并无统一的方法,《公路土工合成材料试验规程》(JTJ/T060-98)定义为f-tanψgs,这一方法不能恰当考虑黏聚力分量对界面抗剪强度的贡献。将黏聚力分量等效成摩擦作用,由界面综合摩擦角*体现界面黏聚力和摩擦角的综合作用不失是一种好的方法,此时可将界似摩擦系数定义为界面综合摩擦系数*。界面综合摩擦系数与填料综合摩擦系数的比值定义为综合摩擦系数比*。

表5汇总了拉拔试验和直剪试验结果。由表可知,压实度对黏性土-单向土工格栅拉拔界面强度的影响十分明显。。。。

对于黏性土-单向土工格栅工况,研究了拉拔速率对界面特性的影响。图5给出了不同拉拔速率下得到的**关系曲线。分析图5可知,拉拔速率影响拉拔阻力峰值大小,拉拔速率越大,拉拔阻力峰值越小。

砂土-单向土工格栅工况

为了对比分析单、双向土工格栅在砂土填料中的加筋效果和不同作用机制,进行了一组砂土-单向土工格栅拉拔试验,控制填料相对密度Dr-70%。

与黏性土填料中单向土工格栅拉拔试验结果一致,砂土-单向土工格栅拉拔曲线族表现出较为明显的应变软化特征,拉拔阻力峰值出现在拉拔位移25~30mm之间。

结论

单向塑料土工格栅加筋时,填料与筋材之间的表面摩擦力对界面抗剪强度起主导作用,拉拔曲线和直剪曲线一般表现为应变软化型。


上一个:什么情况下需要铺设土工格栅下一个:已经没有了