土工合成材料与砂土界面摩擦特性分析.pdf

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1、第43卷第7期人民长江Vo1．43．No．72012年4月YangtzeRiverApr．，2012文章编号：1001—4179(2012)07—0056—03土工合成材料与砂土界面摩擦特性分析肖衡林，瑜璐，李丽华(湖北工业大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430068)摘要：三向土工格栅作为一种新型土工材料已广泛应用于工程实践中，但其理论研究相对落后于实践。通过大型直剪仪，研究了不同强度的单向土工格栅、双向土工格栅、三向土工格栅、玻纤土工格栅和土工布与砂土界面在直接剪切时的相互作用特性，对比分析了上述5种土工合成材料在不同法向应力及剪切速率下的摩

2、擦性能。结果表明，三向土工格栅与砂土界面的剪应力随着剪切速率的增加而减小，在同一法向应力下，三向土工格栅的剪切应力值明显大于单向和双向土工格栅。关键词：三向土工格栅；界面直剪；剪切速率；土工合成材料中图法分类号：TU4l1文献标志码：A加筋技术自提出至今已经有半个多世纪了，目前上下盒尺寸为30ClTI(长)X30cm(宽)×6Clll(高)，已经广泛应用到公路路堤、地基处理，挡土墙等工程上下盒壁厚为2．5cm。水平荷载采用单片电机驱动中。国内外学者主要通过直剪试验和拉拔试验来研究和控制，有0．02～3mm／min速率档位可供选择，加载土工合成材料

3、与填料界面相互作用特性。试验中，若速率采用应变控制，测力范围为0～10kN。水平位移滑裂面贯穿加筋材料，破坏形式为加筋材料从土体中采用百分表测量，量程范围为0～30i／lm，精度为0．01拔出或加筋材料被拉断，则取拉拔强度作为评定加筋mm。本仪器垂直荷载采用杠杆加载，杠杆比是1：12。性能的指标；如果滑裂面是上部贯穿加筋材料而下部1．2试验材料是沿筋材方向的复合滑裂面，破坏时上部仍表现为拉本次试验所用的土料为取自武汉地区的砂土，其拔破坏，下部表现为加筋材料与土体在接触面发生滑物理性能指标见表1，颗粒级配曲线见图1。根据《公移破坏，则取剪切强度作为

4、评定加筋性能的指标。路土工试验规程》分类方法，试验土样定名为粗砂，凝本文通过室内大型直剪仪来比较分析不同法向应聚力为11．56kPa。试验采用6种国产土工合成材料：力下，三向土工格栅、单向土工格栅、双向土工格栅、玻TDGD70单向土工格栅、TDGD80单向土工格栅、双向纤土工格栅和土工布与砂土的界面作用特性，采用两土工格栅、三向土工格栅、玻纤土工格栅和土工布。材种不同剪切速率来分析三向土工格栅性能的变化，得料性能指标见表2。到一些有益的结论，可为加筋工程设计提供参考。1．3试验方法1试验的方法和内容剪切采用应变控制方式，按试验要求在大型直剪1．1

5、试验仪器仪的下盒内填满压实的砂土，将加筋材料通过上盒侧试验设备采用浙江土工仪器制造有限公司生产的壁的夹具固定在上盒的下表面，加筋材料与砂的接触sTJY一5型土工合成材料直剪仪，试验装置主要由剪面积的尺寸为30cmX30cm。施加竖向荷载，上盒固力盒、水平加载系统、垂直加载系统和量测系统组成。定，推动下盒，剪切速率为1mm／min，三向土工格栅有收稿日期：2011—12—03作者简介：肖衡林，男，副教授，博士，主要从事环境岩土工程、光纤传感技术在岩土工程中的应用及地下工程等方面的教学和科研工作。E—mail：xiao—henglin@163．cor

6、n第7期肖衡林，等：土工合成材料与砂土界面摩擦特性分析57表1砂土物理力学性质指标2试验结果分析为了便于分析加筋材料和砂接触面之间的摩擦特性，引入界面综合摩擦系数与填料综合摩擦系数的比值。表2土工合成材料性能指标K：=—t—an~——sg：=f(11)tan格栅品种规格指标式中，为加筋材料与砂的界面摩擦角；为砂本身单向土工格栅TDGD70极限抗拉强度70kN／mmTDGD80极限抗拉强度80kN／mm，极限延伸率≤10％，的内摩擦角；为加筋材料与砂的界面摩擦系数；为2％延伸率抗拉强度≥2OkN／mm，5％延伸率抗砂本身的摩擦系数。拉强度／>48k

7、N／mm土工合成材料与砂土界面的剪应力峰值随着法向双向土工格栅TGSG30—30单位质量400~40g／m，纵、横向极限抗拉强度应力的增大而增大。单向土工格栅在法向荷载较小30kN／mm，纵向极限延伸率≤16％，横向极限延伸率≤13％，纵向2％延伸率抗拉强度≥11时，～△￡关系曲线表现为应变软化型(如图2所kN／mm，5％延伸率抗拉强度≥13kN／mm，横向示)，而其他几种土工合成材料的r～△关系曲线表2％延伸率抗拉强度≥15kN／mm，5％延伸率抗现为应变硬化型(如图3所示)。单向、双向土工格栅拉强度≥15kN／mm剪切位移在1～3mm范围出现

8、拐点，且法向应力越大三向土工格栅TX160肋条中距35mm，节点厚度4mm，节点有效性出现拐点的剪切位移越大。从图4可以发现，TDGD8