玻纤格栅低温低应力水平蠕变特性试验探究

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1、玻纤格栅低温低应力水平蠕变特性试验探究　　摘要：加筋土结构中的筋材，在长期稳定拉伸力的作用下，会发生蠕变变形，变形将会随着时间的增大而不断增大，如果蠕变变形超过允许值，就会引起加筋土结构的破坏。在冬季，北方寒冷地区的土壤温度长时间处于0℃～-20℃，在这样的温度下使用格栅，就必须考虑低温对格栅蠕变性能的影响。-20℃、-10℃、0℃和20℃等不同温度下玻纤格栅的蠕变试验表明：玻纤格栅在负温时的蠕变量明显小于其在常温下的蠕变量；相同温度下，荷载水平越高其达到稳定时的蠕变量也越大；相同荷载水平下，温度越

2、低其达到稳定时的蠕变量也越小；负温时的蠕变变形随荷载增加的速率要明显低于常温20℃的情况，同时基本上符合温度越低，速率增长越慢的规律。关键词：玻纤格栅；蠕变试验；低温蠕变量；低温蠕变曲线；等时荷载-蠕变曲线；低应力蠕变曲线；加筋土中图分类号：TU411文献标识码：A文章编号：1672-1683（2013）04-0089-046土工格栅具有网状结构，埋入土中后，土料即可嵌入格栅的网格中。土料与格栅表面的摩擦及其受拉时节点的被动阻抗作用，可以大大增加土体的稳定性[1]，因而在加筋土工程中常将土工格栅作为

3、加筋材料在加筋土工程中应用，玻璃纤维土工格栅（以下简称玻纤格栅）就是其中之一。王钊[2]等认为预测土工合成材料筋材的长期蠕变对于结构的安全性、经济性至关重要。正因如此，许多学者都对格栅的蠕变特性进行了研究，大量的研究[3-13]集中在常温条件下，塑料土工格栅的蠕变特性、本构模型以及蠕变行为预测方程上取得了许多的成果，而其他类型格栅和极端温度条件下的格栅蠕变特性则很少涉及。汪恩良[13]等结合我国北方寒冷地区的加筋土结构的工作特性，对比了TGDG25型塑料土工格栅在-20℃和20℃条件下的蠕变特性，观

4、察到在-20℃状态下，仅100余小时，变形就趋于稳定，且伸长率不足2.5%；而在20℃状态下，1000h后，变形仍没有稳定迹象，此时伸长率已接近14%，从而认为塑料土工格栅蠕变性能受温度影响很大。程卫国[14]等研究了S5050型涤纶土工格栅在-20℃和-10℃的蠕变特性，发现负温环境条件下，S5050型涤纶土工格栅的蠕变量明显低于其在常温条件下的蠕变量，且温度越低蠕变量越小。本文通过室内试验的方法，着重研究玻纤格栅在-20℃、-10℃、0℃和20℃等不同温度下的蠕变特性，研究结果有助于深入认识土工

5、格栅的低温蠕变特性，为其在寒冷地区的应用提供参考。1蠕变试验简介6试验设备：试验设备为自制的杠杆系统蠕变试验仪，蠕变变形使用JT-M位移传感器进行量测，试验过程中全程使用DateTaker公司DT615数据采集仪进行数据采集。试验装置见图1。温度控制：试验共包含4个试验温度，-20℃以及-10℃的试验在黑龙江省季节冻土区工程冻土重点试验室3号试验室内进行，0℃和20℃则在密闭的安装有空调的室内进行。传感器和数据采集仪：采用Rocktest公司生产的JT-M位移传感器以及DataTaker公司生产的D

6、T615系列数据采集仪。蠕变量即指JT-M位移传感器测量的长度变化量除以试样长度。在试验初始阶段设定采样频率为10次/s，5min后改成1次/s。试验过程描述：本次试验参照《土工合成材料测试规程》[15]（SL/T235-1999）。先将试验室温度调整到试验温度，温度稳定后将试样放置试验室内，3h后进行试样安装，安装试样时，先将杠杆固定住，然后将试样放进夹具中夹紧，将预拉荷载施加到加载端，此时试样处于自由不受力状态，试验开始时，先启动DT615数据采集仪，然后放松杠杆固定装置，试样受到预拉荷载作用，

7、计算应变时取预拉荷载后的的试样应变作为初读数，变形稳定后迅速平稳的施加试验荷载。2试验结果与分析62.1不同温度蠕变曲线通过试验实测，得到了玻纤格栅在0℃、10℃、-10℃和-20℃，应变随时间变化的蠕变曲线，见图2-图4。（1）在相同荷载水平作用下，格栅蠕变量随着温度的降低逐渐变小。根据实测数据，可以得到1000h时不同荷载水平下，其他3个温度与20℃相比的蠕变减小值，见表2。从表2可以看出，温度降低到-20℃，玻纤格栅蠕变变形量至少减少了一倍以上，蠕变性质发生了根本性的变化，可以说负温降低了格栅

8、的塑性，使格栅变“硬”了。（2）加载初期，蠕变变形增长迅速，加载后期蠕变变形则增加缓慢，突变的时间点发生在5～10h。（3）蠕变的大小虽同温度和荷载大小相关，但是各温度、3结论通过对玻纤格栅R2522-A蠕变特性的试验研究，可以得出以下结论。（1）玻纤格栅在负温时的蠕变变形明显小于其在常温下的变形，达到稳定时的蠕变变形与常温20℃相比减少了1.5倍左右。6（2）相同温度下，荷载水平越高其达到稳定时的蠕变量也越大；相同荷载水平下，温度越低其达到稳定时的蠕变量也越小，实测