不同含水率下尾礦與土工格柵界面特性的試驗(yàn)

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(lèi)填料的效果最好,它可以產(chǎn)生摩擦、咬合、嵌鎖等綜合作用。

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.

土工格柵與土的界面作用特征直接影響加筋高填方路堤的安全與穩(wěn)定性。以河北省邢汾高速公路加筋高填方路堤工程為背景．通過(guò)室內(nèi)直剪試驗(yàn)．分析不同類(lèi)型的土工格柵在砂土中的界面摩擦特性作用。試驗(yàn)表明隨著上覆荷栽的增加，土工格柵與砂土的摩擦特性加強(qiáng)。雙向土工格柵與砂土之間的界面凝聚力要高于單向土工格柵．而其界面摩擦系數(shù)相差不大。通過(guò)對(duì)格柵界面特性的研究．給土工合成材料的生產(chǎn)建設(shè)性的意見(jiàn)并為實(shí)際工程選用格柵材料提供參考。

該文對(duì)試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)材料、試驗(yàn)原理與操作進(jìn)行了詳細(xì)的描述,并對(duì)影響摩擦特性的幾個(gè)主要因素進(jìn)行了分析。

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)。

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究加筋粘性土的加筋效果,并分析含水率對(duì)加筋粘性土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響,其結(jié)論為今后土工格柵加筋粘土在工程中的應(yīng)用提供理論參考依據(jù)。

鋼塑復(fù)合土工格柵的加筋效果好于其它筋材的原因在于其表面結(jié)構(gòu)特性,在生產(chǎn)過(guò)程中塑料表面處理時(shí),肋條壓制成粗糙的花紋,以增強(qiáng)格柵表面的粗糙程度,提高catt鋼塑復(fù)合土工格柵與土體的摩擦系數(shù)。它與土之間不僅存在表面摩擦力,而且還存在鑲嵌咬合力,從而增強(qiáng)加筋土體的穩(wěn)定性。文中以不同規(guī)格的鋼塑復(fù)合土工格柵作為加筋材料,以有色金屬銅礦的尾礦作為填料土,通過(guò)拉拔實(shí)驗(yàn),研究鋼塑復(fù)合土工格柵與銅礦尾礦填料土的界面作用特性,獲得了筋--土之間的剪切強(qiáng)度系數(shù)(c、φ)、似摩擦系數(shù)f*等結(jié)果,并對(duì)它們的影響因素進(jìn)行了分析與探討。

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。

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(xiàn)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。

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)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.

土工格柵蠕變特性是影響土工格柵加筋結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期工作性能的重要因素。通過(guò)室內(nèi)蠕變?cè)囼?yàn),對(duì)土工格柵的低溫蠕變特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,塑料土工格柵在低溫下蠕變特性與常溫下明顯不同,20℃常溫狀態(tài)下1000h后,當(dāng)伸長(zhǎng)率接近14%時(shí)且60%pmax(pmax為斷裂強(qiáng)度)下,變形仍沒(méi)有穩(wěn)定跡象,而在同等荷載下-20℃低溫狀態(tài)時(shí),僅100余小時(shí),變形就趨于穩(wěn)定,且伸長(zhǎng)率不足2.5%。結(jié)果表明塑料土工格柵蠕變性能受溫度影響很大,并且溫度越低蠕變值越小。

山區(qū)高速公路建設(shè)中,常采用單向、雙向拉伸土工格柵作為筋材進(jìn)行路基加筋,路基填料多為移挖作填的粗粒土。以此為背景,采用大型直剪試驗(yàn)方法,就影響筋土界面特性的幾個(gè)主要因素(壓實(shí)度、含水量、土工格柵孔徑、粗粒土粒徑)進(jìn)行試驗(yàn)研究。通過(guò)研究得到:界面摩擦角隨著填土壓實(shí)度增加而增加,隨著填土含水量的增加降低幅度逐漸增大;界面摩擦角與土工格柵孔徑有一定的匹配關(guān)系,存在一個(gè)最佳孔徑;界面摩擦系數(shù)比呈現(xiàn)出隨填料中粗顆粒p5含量增加而增大的趨勢(shì)。

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

土工格柵與土的界面特性直接決定加筋土工程的穩(wěn)定性,所以格柵與填料的界面技術(shù)指標(biāo)是土工加筋關(guān)鍵的設(shè)計(jì)指標(biāo)。本文中,以單向塑料土工格柵為加筋材料,以粘土、砂質(zhì)粉土、粉細(xì)砂、砂礫料為填料,也在大尺寸接觸面試驗(yàn)儀上進(jìn)行拉拔試驗(yàn);以單向塑料土工格柵為加筋材料,以粘土為填料進(jìn)行直剪試驗(yàn)。結(jié)果表明:粘土與格柵間界面的剪切強(qiáng)度一般很低;砂礫料中的拉拔曲線(xiàn)呈臺(tái)階狀,摩擦角不是常數(shù);拉拔強(qiáng)度指標(biāo)和直剪強(qiáng)度指標(biāo)的適用情況不同。這些可以作為土工格柵加筋工程設(shè)計(jì)的參考。

通過(guò)土體三軸受壓條件下的無(wú)側(cè)向靜止土壓力系數(shù)和摩爾—庫(kù)侖定理,將加筋粘土體在三軸受壓條件下的總體抗剪承載力分為加筋土體發(fā)生側(cè)向變形前的承載力和與土工格柵密切相關(guān)的土體發(fā)生側(cè)向變形后的承載力兩部分進(jìn)行研究。通過(guò)不同含水量下加筋粘土的三軸試驗(yàn)及其所得相關(guān)數(shù)據(jù),提出了利用加筋土體發(fā)生側(cè)向變形后的抗剪承載力與極限抗剪承載力的比值p2隨加筋層數(shù)的變化情況作為評(píng)價(jià)加筋效果的重要指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)粘性土在最優(yōu)含水量狀態(tài)下時(shí),其加筋效果最為顯著。

利用室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定了土工格柵加筋碎石土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和土工格柵加筋粉砂土的回彈模量,分析了加筋層數(shù)和壓實(shí)度對(duì)加筋土的抗壓特性和變形特性的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)格柵層距較小時(shí),土工格柵加筋碎石土具有良好的抗變形韌性,且土的壓實(shí)度越高,其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度越大;與未加筋的純土相比,土工格柵加筋粉砂土的變形剛度有顯著提高,且格柵層數(shù)越多,提高的量越大。

筋土間相互作用是加筋土強(qiáng)度提高的根本原因,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),分析了法向應(yīng)力、砂墊層厚度、土工格柵橫肋間距3個(gè)因素對(duì)加筋體極限拉拔力的影響,從宏觀角度揭示了筋土界面間的力學(xué)特性。結(jié)果表明:增設(shè)5cm厚的砂墊層后,格柵的極限拉拔力得到顯著提高;高法向應(yīng)力下,砂墊層厚度對(duì)拉拔試驗(yàn)結(jié)果影響更顯著;在土工格柵加筋軟土體中,增大橫肋間距會(huì)減小筋土界面摩擦角,但是對(duì)黏聚力影響不大;格柵網(wǎng)格形態(tài)是筋土界面特性的重要影響因素。