土工隔柵與土界面作用特性的試驗(yàn)

文章針對(duì)內(nèi)蒙古鄂爾多斯市施工過程中幾種常見路基土的特點(diǎn),采用了土工格柵作為加筋材料,通過直剪試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)比較土工格柵與各種路基土的界面作用特性,得到一些有益的結(jié)論,可用于指導(dǎo)該地區(qū)公路路基的設(shè)計(jì)與施工。

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。

土工格柵與粗粒土界面作用特性的直剪試驗(yàn)研究——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...

在加筋土工程中加筋與填土間的界面作用特性是最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo),直接決定該工程的穩(wěn)定性。室內(nèi)拉拔試驗(yàn)結(jié)果表明,雙向土工格柵與黏土界面的表觀摩擦阻力隨法向應(yīng)力的增加而增加;在較低的法向應(yīng)力作用下,雙向土工格柵與黏土界面間的破壞形式為土工格柵的整體拔出破壞;當(dāng)法向應(yīng)力增加到一定值后,雙向土工格柵與黏土界面間的破壞形式由土工格柵的整體拔出破壞轉(zhuǎn)變?yōu)橥凉じ駯诺目v肋拔出破壞;雙向土工格柵整體拔出破壞時(shí),表觀黏著力小于縱肋拔出破壞時(shí)的表觀黏著力,而表觀摩擦角則相反。

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。

以有色金屬銅礦的細(xì)粒尾礦為加筋填料土,利用拉拔試驗(yàn),研究土工合成材料(加筋帶和土工格柵)在填料土不同密實(shí)度、含水量及垂直荷載作用下,土工合成材料與填料土的界面作用特性,以及細(xì)粒尾礦加筋的作用機(jī)理。

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。

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。

通過室內(nèi)拉拔摩擦試驗(yàn)研究風(fēng)積沙與不同土工合成材料間的界面相互作用特性,得出了各級(jí)荷載作用下的τ-δl及τ-σ關(guān)系曲線;分析了曲線特征及土工格柵網(wǎng)格尺寸、形狀對(duì)界面作用特性的影響,其結(jié)論為今后土工合成材料在風(fēng)積沙的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

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。

在土工合成材料加筋土工程中,土工合成材料與填料的界面作用特性是最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo),因此利用拉拔試驗(yàn)研究土工合成材料與填料的界面作用特性是非常必要的。以5種不同種類的國(guó)產(chǎn)土工合成材料為加筋材料,以砂和石灰粉煤灰為填料,比較了各種土工合成材料與填料的界面作用特性,試驗(yàn)表明:(1)石灰粉煤灰自重較輕,摩擦角高,并且比砂的拉拔系數(shù)相對(duì)偏高一倍左右,是理想的土工合成材料加筋土工程的填料;(2)土工合成材料的拉拔系數(shù)從高到低排序?yàn)闇炀]纖維經(jīng)編土工格柵最高,塑料拉伸土工格柵次之,土工網(wǎng)較低,土工織物最低;(3)不同填料、不同土工合成材料的拉拔系數(shù)相差較大,具體加筋土工程采用的拉拔系數(shù)需要通過拉拔試驗(yàn)確定。這些結(jié)論可指導(dǎo)土工合成材料的優(yōu)選和研究加筋機(jī)理。

尾礦壩加筋設(shè)計(jì)時(shí),土工格柵與尾礦界面摩擦特性是影響加筋結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的重要因素。通過室內(nèi)拉拔試驗(yàn),分析了上覆壓力、含水率和拉拔速率3個(gè)試驗(yàn)條件對(duì)筋-尾礦界面摩擦參數(shù)的影響。結(jié)果表明:含水率對(duì)似黏聚力和似摩擦角的影響顯著,但隨含水率增大似黏聚力與界面摩擦強(qiáng)度變化趨勢(shì)一致,都呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律,在含水率變化情況下的界面參數(shù)選取中主要考慮似黏聚力;拉拔速率對(duì)似摩擦角比對(duì)似黏聚力的影響大,且似摩擦角與界面摩擦強(qiáng)度都隨拉拔速率增大而增大,但似摩擦角增大速率逐漸減緩,隨拉拔速率加大,對(duì)界面參數(shù)的主要影響開始由似摩擦角向似黏聚力轉(zhuǎn)變;在不同尾礦含水率或拉拔速率情況下似摩擦系數(shù)均隨法向應(yīng)力增大呈非線性遞減,可用二次拋物線擬合反映二者關(guān)系,且含水率對(duì)似摩擦系數(shù)的影響比拉拔速率對(duì)其的影響大,而在法向應(yīng)力一定情況下,似摩擦系數(shù)隨含水率的變化與對(duì)應(yīng)界面參數(shù)似黏聚力的變化規(guī)律相同,隨拉拔速率的變化與對(duì)應(yīng)的界面參數(shù)似摩擦角的變化規(guī)律相同。

在土工合成材料加筋土工程中,土工合成材料與填料的界面作用特性是最重要的技術(shù)指標(biāo),因此利用拉拔試驗(yàn)研究土工合成材料與填料的界面作用特性是非常必要的。文章采用兩種國(guó)產(chǎn)土工合成材料為加筋材料,用砂、石屑和粉質(zhì)黏土為填料,通過拉拔試驗(yàn)比較在不同填土性質(zhì)、填土密實(shí)度、筋材上覆壓力及筋材表面粗糙度等情況下土工合成材料與填料的界面特性,從而得出一些有益的結(jié)論。

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。

通過經(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.

含水率是影響尾礦加筋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素。通過室內(nèi)拉拔試驗(yàn),對(duì)不同含水率（1.5%、9.7%、19.3%）下尾礦與土工格柵的界面特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,土工格柵的最大剪應(yīng)力與法向應(yīng)力呈線性相關(guān),能夠反映筋-尾礦界面參數(shù)似粘聚力和似摩擦角;似粘聚力隨含水率增大先增大后減小,似摩擦角隨含水率增大先減小后增大;在含水率增大過程中存在界限含水率,大小約為10%;在界限含水率下,似粘聚力達(dá)到最大值,似摩擦角達(dá)到最小值;似摩擦系數(shù)隨法向應(yīng)力增大呈非線性遞減,可以二次拋物線擬合反映二者關(guān)系;在不同含水率條件下,似摩擦系數(shù)隨含水率增大呈現(xiàn)先增大后減小規(guī)律,與對(duì)應(yīng)界面參數(shù)似粘聚力的變化一致。上述試驗(yàn)分析成果對(duì)應(yīng)用土工格柵進(jìn)行尾礦壩加筋設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

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)用中的核心問題。通過室內(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。

拉拔試驗(yàn)?zāi)芨玫姆从臣咏钔两Y(jié)構(gòu)中筋材的加筋行為,采用自制的拉拔試驗(yàn)裝置來測(cè)試高填方路堤的現(xiàn)場(chǎng)砂粒填料與土工格室的界面特性參數(shù),分析土工格室與土的界面摩擦作用,進(jìn)一步研究土工格室的加筋機(jī)理。結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)土工格室處治高填方路堤進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),分析格室在路堤橫斷面的受力特點(diǎn)以及格室的加筋性能。試驗(yàn)結(jié)果表明:土工格室拉拔受力是一個(gè)漸進(jìn)式的過程,隨著拉拔位移繼續(xù)增大,格室后面幾排網(wǎng)格依次受到填料的阻力,拉拔界面的剪應(yīng)力呈臺(tái)階式的上升;格室與填料的界面摩擦角大于填料本身的摩擦角,且拉拔系數(shù)k大于1.0,格室加筋性能遠(yuǎn)優(yōu)其他平面材料的加筋性能;在路堤橫斷面方向,格室承受拉應(yīng)力;在新舊路堤搭接處,格室受拉應(yīng)力最大,是重點(diǎn)需要處治的位置。研究表明格室能有效的約束路堤土的側(cè)向變形,同時(shí)土工格室所在層位起到了擴(kuò)散荷載的作用。

現(xiàn)有關(guān)于格柵與土的筋-土界面特性研究多以單、雙向格柵為研究對(duì)象,而對(duì)三向土工格柵筋-土界面特性開展的試驗(yàn)研究較少。以三向土工格柵為研究對(duì)象并考慮0°和90°兩種拉拔方向的影響（記為tx0工況和tx90工況）,開展了一系列室內(nèi)拉拔試驗(yàn),通過對(duì)三向土工格柵沿拉拔方向4個(gè)斷面的位移進(jìn)行量測(cè),分析了格柵拉伸應(yīng)變、筋-土相對(duì)位移、界面摩阻力分布及格柵變形與破壞模式,并分別從峰值剪切強(qiáng)度和殘余剪切強(qiáng)度兩個(gè)方面對(duì)筋-土界面強(qiáng)度參數(shù)和表觀摩擦系數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了探討。研究結(jié)果表明:由于平面外撓曲變形的影響,tx0工況下橫肋的嵌鎖作用隨法向應(yīng)力增大而增強(qiáng),從而使tx0工況的拉拔性能逐漸優(yōu)于tx90工況;拉拔過程中,筋-土界面摩阻力的發(fā)揮是一個(gè)漸進(jìn)的過程,其分布形式不斷發(fā)生調(diào)整,筋-土界面呈彈塑性-軟化特征;tx0工況的筋-土界面摩擦角顯著大于tx90工況,黏聚力則剛好相反,法向應(yīng)力較高時(shí)tx0工況的筋-土界面強(qiáng)度更高,更有利于材料性能的發(fā)揮。