三向土工格栅筋土界面特性拉拔试验  

为了研究土工格栅加筋土的机理,找出影响加筋土界面特性的主要因素,通过改进现有拉拔试验设备,研制了兼顾速率稳定性和能量损失的电动型拉拔设备.采用tgdg80型土工格栅,以石灰土、粉土为填料,在疏松、中密、密实3种压实状态和3.125、5.417、7.167kpa三种竖向荷载下进行多组正交拉拔试验.结果表明:石灰土与tgdg80型土工格栅的加筋土组合的安全性和稳定性更优,充足的压实度能大大提高加筋土挡墙的柔性和协调性.

通过土工格栅拉拔试验对筋土界面摩阻力横向分布进行了研究,通过千分表测试土工格栅不同位置处的位移,将位移转换成土工格栅应变,根据格栅的抗拉弹性模量得到土工格栅不同位置处的筋土界面摩阻力.试验结果表明:筋土界面摩阻力的峰值出现在土工格栅的横肋处,并沿横肋向两侧逐渐减小;对于单向土工格栅,格栅横肋不仅能够提供筋土界面摩阻力,而且能通过嵌锁作用限制土体的变形,能显著提升土工格栅的加筋效果;土工格栅前半段的筋土界面摩阻力先得到发挥,然后后半段的筋土界面摩阻力逐渐得到发挥.

为了研究土工格栅的筋土界面作用特性与受力变形特征,利用自行研发的土工合成材料拉拔试验装置,对土工格栅进行不同竖向荷载的室内拉拔试验,分析格栅不同嵌固长度处的位移及应变特性,以揭示筋土相互作用的受力机理。结果表明,随着拉拔力的增加,土中格栅受力沿着嵌固长度方向发展,格栅前部分的应变持续明显增大;拉拔力沿格栅嵌固长度对周围土体的影响减少减弱,格栅嵌固长度越大,其相对位移与格栅应变越小;随着竖向荷载的增加,土工格栅的应变总趋势是变小;在拉拔力相对较小时,25kpa、50kpa和75kpa竖向荷载作用下格栅应变发展趋势相近,但随着拉拔力的变大,格栅受到土体摩擦力沿嵌固长度扩展,嵌固长度越大格栅后半段变形越少,末段格栅受力越小。

土工格栅与土的相互作用特性是影响土工格栅加筋结构稳定性的重要因素。通过室内拉拔试验,针对不同的上覆荷载,对土工格栅受拉时表面摩擦力分布特征进行了研究。试验结果表明,格栅表面摩擦力沿着格栅纵向逐渐向后传递,并在拉拔的前期增长明显,后期趋于一个稳定值;利用s型曲线模拟了土工格栅的应变与拉拔时间的相关关系。通过不同埋设位置的检测点所得到的格栅即时应变数据,拟合出格栅的三维应变曲面ε(x,t);对格栅表面上的摩擦力进行全段积分,得到格栅拉拔力的时程函数t(t)。该试验结果对土工格栅加筋结构设计具有一定的参考价值。

为分析土工格栅与尾矿拉拔试验中拉力沿土工格栅的变化规律,通过试验中格栅所受到的拉力、剪应力和应变的关系,提出了影响筋-尾矿界面特性的拉力系数a,推导出拉力沿格栅的分布公式,通过试验所测的数据验证了公式的可行性。在加筋尾矿结构中,加筋材料拉拔位移不是很大时,采用该公式能够较好的预估筋材在不同位置的拉力,为土工格栅在加筋尾矿坝工程中的应用提供依据。

在水平-垂直加筋体系研究的基础上,对单向土工格栅设置了加强肋,使其具备立体加筋效果。通过大量的拉拔试验,研究了带加强肋土工格栅加筋的筋-土界面特性。通过对汇总得到的36组拉拔试验数据进行分析,探讨了肋间距与肋厚对极限拉拔阻力的影响情况。试验结果表明:在相同法向应力作用下,带加强肋土工格栅的极限拉拔阻力明显高于普通土工格栅,其极限拉拔阻力随着加强肋肋厚的增加而显著增加,并随着加强肋肋距的增加而逐渐减小。在试验基础上,进一步分析了带加强肋土工格栅与砂土的相互作用机制,探讨了极限拉拔阻力的影响因素,建立了拉拔阻力理论公式,并将试验结果与理论值比较,二者基本吻合。

应用ansys程序对土工格栅拉拔试验进行了数值模拟。计算中,将土体看作符合drucker-prager准则的弹塑性材料,采用八结点单元模拟填土及土工格栅,采用面-面接触单元模拟格栅-土界面。为研究横肋位置等因素对拉拔试验的影响,计算了不同形式的格栅,结果表明:有横肋格栅较无横肋格栅抗拉拔力提高显著;横肋位置对抗拔力影响较小,对格栅位移影响较大。横肋距拉拔端越近,格栅位移越小;格栅结点处的剪应力发生突变,且距拉拔端较近的横肋处剪应力发生突变,较远的横肋影响较小。

在普通双向土工格栅的节点处通过捆扎带连接加强塑料锚固片,使其成为拥有三维立体加筋效果的带加强锚固片土工格栅。通过室内土工格栅的拉拔试验,比较带加强锚固片土工格栅与普通土工格栅在与土体相互作用时对土体的加强效果并分析其规律。通过对试验得到的数据进行整理并分析,研究带加强锚固片土工格栅在不同变量条件下相对于普通土工格栅对拉拔力的影响情况。试验分析结果表明,随着法向应力的增大,带加强锚固片土工格栅承载的拉拔力随之增加。随着锚固片距离节点长度的增加,加强锚固片土工格栅承载的极限拉拔力效果减弱。根据试验结果以及理论分析,带加强锚固片土工格栅相比较于普通土工格栅筋土界面间似黏聚力和摩擦角均有了相对的提高。随法向应力的增加,极限拉拔力的主要占比由锚固片的端承阻抗力转变为筋土界面间的摩擦阻力。

通过室内拉拔试验研究了不同竖向压力、不同加肋方式以及不同铺设角度对土工格栅拉拔阻力的影响,揭示了土工格栅与黄土的相互作用机制:当拉拔位移较小时,土工格栅有效受力长度随位移的增加逐渐增大,拉拔阻力呈线性增长;随着拉拔位移进一步增大,拉拔阻力与位移不再呈线性关系,土工格栅与黄土之间的界面摩擦力和横肋与土的嵌固作用力完全发挥作用,拉拔阻力达到峰值;当拉拔位移继续增大时,筋土接触面开始松动,筋土之间的嵌固作用力逐渐减弱且土工格栅的有效作用长度也逐渐减小.试验结果表明:竖向压力的变化对于拉拔阻力影响显著,采用适当的加筋形式和铺设角度能够加强筋土间的相互作用,提升加固效果.研究方法和结论对加筋土的设计和施工有一定的参考价值.

筋土之间的相互作用机制复杂,是土工合成材料加筋加固应用中的核心问题。通过室内拉拔试验,研究了土工格栅与砂土相互作用机制和格栅几何特征对拉拔阻力的影响。初步揭示了格栅横肋和纵肋在拉拔模式下的作用机制和格栅网格刚度对拉拔阻力的影响。结果表明,在拉拔位移较小时,纵肋摩阻力和横肋被动阻力几乎同步增长;在拉拔位移较大时,纵肋摩阻力逐步达到峰值,拉拔力的增量大部分来源于被动阻力的进一步增长。土工格栅拉伸模量和网格刚度是影响筋土界面力学特性的重要因素。

通过室内拉拔试验研究了不同竖向压力、不同加肋方式以及不同铺设角度对土工格栅拉拔阻力的影响,揭示了土工格栅与黄土的相互作用机制：当拉拔位移较小时,土工格栅有效受力长度随位移的增加逐渐增大,拉拔阻力呈线性增长;随着拉拔位移进一步增大,拉拔阻力与位移不再呈线性关系,土工格栅与黄土之间的界面摩擦力和横肋与土的嵌固作用力完全发挥作用,拉拔阻力达到峰值;当拉拔位移继续增大时,筋土接触面开始松动,筋土之间的嵌固作用力逐渐减弱且土工格栅的有效作用长度也逐渐减小.试验结果表明：竖向压力的变化对于拉拔阻力影响显著,采用适当的加筋形式和铺设角度能够加强筋土间的相互作用,提升加固效果.研究方法和结论对加筋土的设计和施工有一定的参考价值.

有关土工织物界面试验的成果较多,而土工格栅界面试验的成果很少。介绍了单向拉伸格栅和经编格栅的界面试验内容和成果,对土工格栅与砂砾石、粗砂、残积土的界面摩擦系数作出评价,并与有纺土工布的成果进行比较。

土工格栅与土的界面作用特性直接影响着加筋土挡墙的安全与稳定性。因此,土工格栅与填料的界面技术指标在加筋土挡墙的设计中至关重要。本文在从试验方法、加载方式、试验箱侧壁边界效应和尺寸效应、填料厚度、压实度以及筋材夹持状况等几方面分析土工格栅界面摩擦特性影响因素基础上,进行了土工格栅在砂砾料和粘性土中的拉拔试验和直剪试验。试验结果表明:土工格栅与砂砾料接触面抗剪强度较高,而与粘土接触面抗剪强度很低;对于加筋土挡墙拉拔力较大的层位,应选用刚度大的土工格栅和砂砾料为填料。直剪摩擦试验不适合确定土工格栅接触面的抗剪强度。该试验结果对土工格栅加筋土挡土墙的设计具有重要的参考价值。

结合武汉智慧城软基处置过程中运用三向土工格栅进行地基处置施工,通过三向土工格栅的铺设,明显改善软土的力学性能,大大改善地基的不均匀沉降.

采用高密度聚乙烯(hdpe)单向土工格栅,以及南水北调中线工程新乡段的膨胀性泥灰岩风化土,在填土尺寸为600mm×600mm×600mm的大型叠环式剪切试验机上进行一系列拉拔试验,研究了土工格栅与试验箱侧壁距离、拉拔速率、上覆荷载大小等试验条件因素对筋土界面拉拔性状的影响。结果表明:不排水条件下,土工格栅与试验箱侧壁的距离,对峰值拉拔力、界面强度与切向刚度的影响不大;拉拔速率较大时,拉拔力增长较快,其拉拔力峰值和界面强度较大;上覆荷载和拉拔力不同,格栅的变形量及筋土相对位移量不同,不同上覆荷载下界面摩阻力沿格栅埋入长度分布的非均匀程度不同,并可导致较小上覆荷载下界面平均摩阻力反而较大的反常行为。

对土工格栅与压实膨胀土的界面特性进行拉拔试验,筋材为高密度聚乙烯(hdpe)单向土工格栅,填土为南水北调中线工程新乡段的膨胀性泥灰岩风化土。结果表明:上覆荷载较大时,土工格栅的变形较明显,格栅刚体平动时的拉拔力更接近峰值,界面摩阻力的分布非均匀,且其均匀程度随拉拔力变化。较小上覆荷载下,峰值拉拔力时土工格栅刚体平动占筋土相对位移的比例较大,界面摩阻力分布较均匀。当界面摩阻力非均匀分布,可导致上覆荷载较大而其界面平均摩阻力反而较小。筋土相对位移1cm―2cm范围内,界面一般可达峰值强度,界面强度曲线可表达为线性函数。

通过室内试验研究加筋粘性土的加筋效果,并分析含水率对加筋粘性土的抗剪强度指标的影响,其结论为今后土工格栅加筋粘土在工程中的应用提供理论参考依据。

塑料土工格栅的加筋效果好于其它筋材的原因在于其表面结构特性,它与土之间不仅存在表面摩擦力,而且还存在着镶嵌咬合力,从而增强两者的相互联系,提高接触效率。通过筋材拉出行为试验,进行塑料土工格栅受拉时表面摩擦力分布特征的研究。提出将塑料土工格栅与土体之间摩擦应力的发展过程分为四个阶段的观点,即起始阶段、发展阶段、局部屈服和完全屈服阶段。指出在高围压或长埋深的情况下,筋材会出现拉断破坏,这时的摩擦应力至多经历前三个阶段,而不具备完整的四阶段应力发展模式。

土工格栅凭借其良好的加筋特性,在大型土工结构中得到了广泛的应用。然而土工格栅在粉土中的加筋效果并不理想。通过室内大尺寸土工格栅拉拔试验,针对不同的法向荷载和粉土中不同的碎石含量,对土工格栅受拉时的拉拔阻力特性进行了对比试验。结果发现:单纯提高法向荷载来增加格栅表面的摩擦剪切阻力的方法并不适用。在粉土中加入大粒径碎石,可以提高格栅横肋的被动阻力,但在竖向荷载较小的情况下,反而降低了格栅的整体拉拔阻力;而施加适当的法向荷载,抑制土体的剪胀效应,格栅整体拉拔力则得到了显著增强。该试验结果对土工加筋结构的设计具有一定的参考价值。

通过拉拔试验,分析了土工格栅在不同填料中的摩擦特性规律,并对影响摩擦特性的几个主要试验条件进行了分析研究,对今后的筋材拉拔试验及工程应用具有参考价值.

土工格栅与土的界面作用特征直接影响加筋高填方路堤的安全与稳定性。以河北省邢汾高速公路加筋高填方路堤工程为背景．通过室内直剪试验．分析不同类型的土工格栅在砂土中的界面摩擦特性作用。试验表明随着上覆荷栽的增加，土工格栅与砂土的摩擦特性加强。双向土工格栅与砂土之间的界面凝聚力要高于单向土工格栅．而其界面摩擦系数相差不大。通过对格栅界面特性的研究．给土工合成材料的生产建设性的意见并为实际工程选用格栅材料提供参考。

该文对试验装置、试验材料、试验原理与操作进行了详细的描述,并对影响摩擦特性的几个主要因素进行了分析。