三向土工格柵筋土界面特性拉拔試驗(yàn)??

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.

通過土工格柵拉拔試驗(yàn)對(duì)筋土界面摩阻力橫向分布進(jìn)行了研究,通過千分表測試土工格柵不同位置處的位移,將位移轉(zhuǎn)換成土工格柵應(yīng)變,根據(jù)格柵的抗拉彈性模量得到土工格柵不同位置處的筋土界面摩阻力.試驗(yàn)結(jié)果表明:筋土界面摩阻力的峰值出現(xiàn)在土工格柵的橫肋處,并沿橫肋向兩側(cè)逐漸減小;對(duì)于單向土工格柵,格柵橫肋不僅能夠提供筋土界面摩阻力,而且能通過嵌鎖作用限制土體的變形,能顯著提升土工格柵的加筋效果;土工格柵前半段的筋土界面摩阻力先得到發(fā)揮,然后后半段的筋土界面摩阻力逐漸得到發(fā)揮.

為了研究土工格柵的筋土界面作用特性與受力變形特征,利用自行研發(fā)的土工合成材料拉拔試驗(yàn)裝置,對(duì)土工格柵進(jìn)行不同豎向荷載的室內(nèi)拉拔試驗(yàn),分析格柵不同嵌固長度處的位移及應(yīng)變特性,以揭示筋土相互作用的受力機(jī)理。結(jié)果表明,隨著拉拔力的增加,土中格柵受力沿著嵌固長度方向發(fā)展,格柵前部分的應(yīng)變持續(xù)明顯增大;拉拔力沿格柵嵌固長度對(duì)周圍土體的影響減少減弱,格柵嵌固長度越大,其相對(duì)位移與格柵應(yīng)變?cè)叫?隨著豎向荷載的增加,土工格柵的應(yīng)變總趨勢是變小;在拉拔力相對(duì)較小時(shí),25kpa、50kpa和75kpa豎向荷載作用下格柵應(yīng)變發(fā)展趨勢相近,但隨著拉拔力的變大,格柵受到土體摩擦力沿嵌固長度擴(kuò)展,嵌固長度越大格柵后半段變形越少,末段格柵受力越小。

土工格柵與土的相互作用特性是影響土工格柵加筋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素。通過室內(nèi)拉拔試驗(yàn),針對(duì)不同的上覆荷載,對(duì)土工格柵受拉時(shí)表面摩擦力分布特征進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,格柵表面摩擦力沿著格柵縱向逐漸向后傳遞,并在拉拔的前期增長明顯,后期趨于一個(gè)穩(wěn)定值;利用s型曲線模擬了土工格柵的應(yīng)變與拉拔時(shí)間的相關(guān)關(guān)系。通過不同埋設(shè)位置的檢測點(diǎn)所得到的格柵即時(shí)應(yīng)變數(shù)據(jù),擬合出格柵的三維應(yīng)變曲面ε(x,t);對(duì)格柵表面上的摩擦力進(jìn)行全段積分,得到格柵拉拔力的時(shí)程函數(shù)t(t)。該試驗(yàn)結(jié)果對(duì)土工格柵加筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

為分析土工格柵與尾礦拉拔試驗(yàn)中拉力沿土工格柵的變化規(guī)律,通過試驗(yàn)中格柵所受到的拉力、剪應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系,提出了影響筋-尾礦界面特性的拉力系數(shù)a,推導(dǎo)出拉力沿格柵的分布公式,通過試驗(yàn)所測的數(shù)據(jù)驗(yàn)證了公式的可行性。在加筋尾礦結(jié)構(gòu)中,加筋材料拉拔位移不是很大時(shí),采用該公式能夠較好的預(yù)估筋材在不同位置的拉力,為土工格柵在加筋尾礦壩工程中的應(yīng)用提供依據(jù)。

在水平-垂直加筋體系研究的基礎(chǔ)上,對(duì)單向土工格柵設(shè)置了加強(qiáng)肋,使其具備立體加筋效果。通過大量的拉拔試驗(yàn),研究了帶加強(qiáng)肋土工格柵加筋的筋-土界面特性。通過對(duì)匯總得到的36組拉拔試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,探討了肋間距與肋厚對(duì)極限拉拔阻力的影響情況。試驗(yàn)結(jié)果表明:在相同法向應(yīng)力作用下,帶加強(qiáng)肋土工格柵的極限拉拔阻力明顯高于普通土工格柵,其極限拉拔阻力隨著加強(qiáng)肋肋厚的增加而顯著增加,并隨著加強(qiáng)肋肋距的增加而逐漸減小。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析了帶加強(qiáng)肋土工格柵與砂土的相互作用機(jī)制,探討了極限拉拔阻力的影響因素,建立了拉拔阻力理論公式,并將試驗(yàn)結(jié)果與理論值比較,二者基本吻合。

應(yīng)用ansys程序?qū)ν凉じ駯爬卧囼?yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬。計(jì)算中,將土體看作符合drucker-prager準(zhǔn)則的彈塑性材料,采用八結(jié)點(diǎn)單元模擬填土及土工格柵,采用面-面接觸單元模擬格柵-土界面。為研究橫肋位置等因素對(duì)拉拔試驗(yàn)的影響,計(jì)算了不同形式的格柵,結(jié)果表明:有橫肋格柵較無橫肋格柵抗拉拔力提高顯著;橫肋位置對(duì)抗拔力影響較小,對(duì)格柵位移影響較大。橫肋距拉拔端越近,格柵位移越小;格柵結(jié)點(diǎn)處的剪應(yīng)力發(fā)生突變,且距拉拔端較近的橫肋處剪應(yīng)力發(fā)生突變,較遠(yuǎn)的橫肋影響較小。

在普通雙向土工格柵的節(jié)點(diǎn)處通過捆扎帶連接加強(qiáng)塑料錨固片,使其成為擁有三維立體加筋效果的帶加強(qiáng)錨固片土工格柵。通過室內(nèi)土工格柵的拉拔試驗(yàn),比較帶加強(qiáng)錨固片土工格柵與普通土工格柵在與土體相互作用時(shí)對(duì)土體的加強(qiáng)效果并分析其規(guī)律。通過對(duì)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并分析,研究帶加強(qiáng)錨固片土工格柵在不同變量條件下相對(duì)于普通土工格柵對(duì)拉拔力的影響情況。試驗(yàn)分析結(jié)果表明,隨著法向應(yīng)力的增大,帶加強(qiáng)錨固片土工格柵承載的拉拔力隨之增加。隨著錨固片距離節(jié)點(diǎn)長度的增加,加強(qiáng)錨固片土工格柵承載的極限拉拔力效果減弱。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果以及理論分析,帶加強(qiáng)錨固片土工格柵相比較于普通土工格柵筋土界面間似黏聚力和摩擦角均有了相對(duì)的提高。隨法向應(yīng)力的增加,極限拉拔力的主要占比由錨固片的端承阻抗力轉(zhuǎn)變?yōu)榻钔两缑骈g的摩擦阻力。

通過室內(nèi)拉拔試驗(yàn)研究了不同豎向壓力、不同加肋方式以及不同鋪設(shè)角度對(duì)土工格柵拉拔阻力的影響,揭示了土工格柵與黃土的相互作用機(jī)制:當(dāng)拉拔位移較小時(shí),土工格柵有效受力長度隨位移的增加逐漸增大,拉拔阻力呈線性增長;隨著拉拔位移進(jìn)一步增大,拉拔阻力與位移不再呈線性關(guān)系,土工格柵與黃土之間的界面摩擦力和橫肋與土的嵌固作用力完全發(fā)揮作用,拉拔阻力達(dá)到峰值;當(dāng)拉拔位移繼續(xù)增大時(shí),筋土接觸面開始松動(dòng),筋土之間的嵌固作用力逐漸減弱且土工格柵的有效作用長度也逐漸減小.試驗(yàn)結(jié)果表明:豎向壓力的變化對(duì)于拉拔阻力影響顯著,采用適當(dāng)?shù)募咏钚问胶弯佋O(shè)角度能夠加強(qiáng)筋土間的相互作用,提升加固效果.研究方法和結(jié)論對(duì)加筋土的設(shè)計(jì)和施工有一定的參考價(jià)值.

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)用中的核心問題。通過室內(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;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源于被動(dòng)阻力的進(jìn)一步增長。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。

通過室內(nèi)拉拔試驗(yàn)研究了不同豎向壓力、不同加肋方式以及不同鋪設(shè)角度對(duì)土工格柵拉拔阻力的影響,揭示了土工格柵與黃土的相互作用機(jī)制：當(dāng)拉拔位移較小時(shí),土工格柵有效受力長度隨位移的增加逐漸增大,拉拔阻力呈線性增長;隨著拉拔位移進(jìn)一步增大,拉拔阻力與位移不再呈線性關(guān)系,土工格柵與黃土之間的界面摩擦力和橫肋與土的嵌固作用力完全發(fā)揮作用,拉拔阻力達(dá)到峰值;當(dāng)拉拔位移繼續(xù)增大時(shí),筋土接觸面開始松動(dòng),筋土之間的嵌固作用力逐漸減弱且土工格柵的有效作用長度也逐漸減小.試驗(yàn)結(jié)果表明：豎向壓力的變化對(duì)于拉拔阻力影響顯著,采用適當(dāng)?shù)募咏钚问胶弯佋O(shè)角度能夠加強(qiáng)筋土間的相互作用,提升加固效果.研究方法和結(jié)論對(duì)加筋土的設(shè)計(jì)和施工有一定的參考價(jià)值.

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。

結(jié)合武漢智慧城軟基處置過程中運(yùn)用三向土工格柵進(jìn)行地基處置施工,通過三向土工格柵的鋪設(shè),明顯改善軟土的力學(xué)性能,大大改善地基的不均勻沉降.

采用高密度聚乙烯(hdpe)單向土工格柵,以及南水北調(diào)中線工程新鄉(xiāng)段的膨脹性泥灰?guī)r風(fēng)化土,在填土尺寸為600mm×600mm×600mm的大型疊環(huán)式剪切試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行一系列拉拔試驗(yàn),研究了土工格柵與試驗(yàn)箱側(cè)壁距離、拉拔速率、上覆荷載大小等試驗(yàn)條件因素對(duì)筋土界面拉拔性狀的影響。結(jié)果表明:不排水條件下,土工格柵與試驗(yàn)箱側(cè)壁的距離,對(duì)峰值拉拔力、界面強(qiáng)度與切向剛度的影響不大;拉拔速率較大時(shí),拉拔力增長較快,其拉拔力峰值和界面強(qiáng)度較大;上覆荷載和拉拔力不同,格柵的變形量及筋土相對(duì)位移量不同,不同上覆荷載下界面摩阻力沿格柵埋入長度分布的非均勻程度不同,并可導(dǎo)致較小上覆荷載下界面平均摩阻力反而較大的反常行為。

對(duì)土工格柵與壓實(shí)膨脹土的界面特性進(jìn)行拉拔試驗(yàn),筋材為高密度聚乙烯(hdpe)單向土工格柵,填土為南水北調(diào)中線工程新鄉(xiāng)段的膨脹性泥灰?guī)r風(fēng)化土。結(jié)果表明:上覆荷載較大時(shí),土工格柵的變形較明顯,格柵剛體平動(dòng)時(shí)的拉拔力更接近峰值,界面摩阻力的分布非均勻,且其均勻程度隨拉拔力變化。較小上覆荷載下,峰值拉拔力時(shí)土工格柵剛體平動(dòng)占筋土相對(duì)位移的比例較大,界面摩阻力分布較均勻。當(dāng)界面摩阻力非均勻分布,可導(dǎo)致上覆荷載較大而其界面平均摩阻力反而較小。筋土相對(duì)位移1cm―2cm范圍內(nèi),界面一般可達(dá)峰值強(qiáng)度,界面強(qiáng)度曲線可表達(dá)為線性函數(shù)。

通過室內(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)。

塑料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,它與土之間不僅存在表面摩擦力,而且還存在著鑲嵌咬合力,從而增強(qiáng)兩者的相互聯(lián)系,提高接觸效率。通過筋材拉出行為試驗(yàn),進(jìn)行塑料土工格柵受拉時(shí)表面摩擦力分布特征的研究。提出將塑料土工格柵與土體之間摩擦應(yīng)力的發(fā)展過程分為四個(gè)階段的觀點(diǎn),即起始階段、發(fā)展階段、局部屈服和完全屈服階段。指出在高圍壓或長埋深的情況下,筋材會(huì)出現(xiàn)拉斷破壞,這時(shí)的摩擦應(yīng)力至多經(jīng)歷前三個(gè)階段,而不具備完整的四階段應(yīng)力發(fā)展模式。

土工格柵憑借其良好的加筋特性,在大型土工結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而土工格柵在粉土中的加筋效果并不理想。通過室內(nèi)大尺寸土工格柵拉拔試驗(yàn),針對(duì)不同的法向荷載和粉土中不同的碎石含量,對(duì)土工格柵受拉時(shí)的拉拔阻力特性進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):單純提高法向荷載來增加格柵表面的摩擦剪切阻力的方法并不適用。在粉土中加入大粒徑碎石,可以提高格柵橫肋的被動(dòng)阻力,但在豎向荷載較小的情況下,反而降低了格柵的整體拉拔阻力;而施加適當(dāng)?shù)姆ㄏ蚝奢d,抑制土體的剪脹效應(yīng),格柵整體拉拔力則得到了顯著增強(qiáng)。該試驗(yàn)結(jié)果對(duì)土工加筋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

通過拉拔試驗(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．通過室內(nèi)直剪試驗(yàn)．分析不同類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。