土工格栅拉拔特性及加筋土剪胀性试验  

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。

通过经编土工格栅、单向土工格栅与粗砂、圆砾、残积土在不同法向压力下的拉拔试验,研究土工格栅与土界面特性.结果表明,单向格栅界面的拉拔系数和摩擦系数均小于经编土工格栅界面,界面摩擦系数随着土体颗粒粒径的增大而增大.同时结合有限元分析的方法,将数值结果与试验结果进行比较,进一步研究了法向压力、加筋长度、土体模量、格栅轴向刚度、界面折减因子等参数对界面特性的影响.最后研究了不同拉力作用下的界面剪应力和轴力分布规律.

粉质混合碎石土中土工格栅拉拔阻力特性试验研究——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...

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。

现有关于格栅与土的筋-土界面特性研究多以单、双向格栅为研究对象,而对三向土工格栅筋-土界面特性开展的试验研究较少。以三向土工格栅为研究对象并考虑0°和90°两种拉拔方向的影响（记为tx0工况和tx90工况）,开展了一系列室内拉拔试验,通过对三向土工格栅沿拉拔方向4个断面的位移进行量测,分析了格栅拉伸应变、筋-土相对位移、界面摩阻力分布及格栅变形与破坏模式,并分别从峰值剪切强度和残余剪切强度两个方面对筋-土界面强度参数和表观摩擦系数的变化规律进行了探讨。研究结果表明:由于平面外挠曲变形的影响,tx0工况下横肋的嵌锁作用随法向应力增大而增强,从而使tx0工况的拉拔性能逐渐优于tx90工况;拉拔过程中,筋-土界面摩阻力的发挥是一个渐进的过程,其分布形式不断发生调整,筋-土界面呈弹塑性-软化特征;tx0工况的筋-土界面摩擦角显著大于tx90工况,黏聚力则刚好相反,法向应力较高时tx0工况的筋-土界面强度更高,更有利于材料性能的发挥。

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。

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。

通过对玻璃纤维土工格栅加筋土体的三轴试验研究,分析不同加筋层数、不同围压对试样应力应变关系曲线、抗剪强度的影响。试验结果表明:加筋作用效果随着轴向应变的增大而增强;同一种加筋材料,加筋层数越多,加筋效果越明显;加筋使得试样具有一定的延性,并能显示出很强的后期效应;在低围压的情况下,采用加筋的方法来提高土的强度更为合理、有效。

为了研究筋土界面之间复杂的相互作用机制,通过室内拉拔模型试验,研究不同横肋间距条件下高密度聚乙烯单向拉伸土工格栅的筋土界面作用特性,分析横肋间距和法向应力对筋土界面拉拔力的影响.结果表明:随着土工格栅横肋间距的增大,筋土界面的最大拉拔力和达到最大拉拔力所需的拉拔位移逐渐减小,且黏聚力和摩擦角也呈减小的趋势;当土工格栅横肋间距较小时拉拔曲线呈现出应变硬化的特征,随着横肋间距的增加,拉拔曲线由应变硬化向应变软化转化;当土工格栅的横肋间距一定时,筋土界面的最大拉拔力随着施加法向应力的增加而逐渐增大;筋土界面的摩擦系数随横肋间距和法向应力的增加而逐渐减小;横肋端承阻力在拉拔力中起着主导作用,且在高应力作用下横肋加筋的效果更为显著,横肋端承阻力对筋土界面最大拉拔力的贡献接近占90％.

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。

利用室内试验测定了土工格栅加筋碎石土的无侧限抗压强度和土工格栅加筋粉砂土的回弹模量,分析了加筋层数和压实度对加筋土的抗压特性和变形特性的影响规律。试验结果表明:当格栅层距较小时,土工格栅加筋碎石土具有良好的抗变形韧性,且土的压实度越高,其无侧限抗压强度越大;与未加筋的纯土相比,土工格栅加筋粉砂土的变形刚度有显著提高,且格栅层数越多,提高的量越大。

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。

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。

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.

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.

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。

加筋土技术已在公路、水运、铁道、水利等工程中广泛采用。加筋材料在工程中的蠕变性及耐久性问题一直是人们关注的重要问题。通过对土工格栅的系列变形试验,得出土工格栅长期荷载作用下的变形特征,即变形率与时间呈对数关系,与应力大小呈“s”曲线关系,为加筋土结构设计计算和加筋材料在工程上的应用提供重要参考。

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。

土工格栅的蠕变影响其在工程中的应用。针对此问题,本文进行了土工格栅的蠕变试验,并得到不同设计年限下的蠕变强度折减系数。试验结果表明：在低应力比条件下,土工格栅应变随时间的增加而增长,逐渐变缓,最后趋于稳定;在高应力比条件下,土工格栅的应变随时间的增加而增长,直至断裂;试样所受到的应力比越大,相同时间内产生的应变越大;达到同样大小的应变值,较低的应变比条件下所需时间长,较高的应变比所需的时间少;土工格栅在应力松弛状态中,保持应变不变时,荷载随着时间的增加而逐渐减小。