新大洲土工格栅
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土工格栅的拉伸特性研究

澳门太阳集团2007网站:admin  发布时间:2016-08-09  点击:1425

土工格栅作为柔性加筋材料应用于加筋土结构时,主要是通过其抗拉强度来 承受由土体转移的荷载以发挥其工程作用。因此,抗拉强度及其变形特征是土工 格栅的重要特性指标。塑料土工格栅一般由高分子聚合物组成,其材质对抗拉性 能有很大的影响,如测试时的环境(温度)及拉伸速率也会直接影响到测试的应力- 应变曲线结果,而应力-应变曲线又影响到延伸率及拉伸模量的确定。

试验温度及拉伸速率对高分子聚合物的拉伸行为有着重要影响。温度与拉伸 速率不同,其应力-应变关系有明显的变化。图2. 1为拉力与延伸率关系示意图。

2.1 土工格栅高分子聚合物的拉力-延伸率关系曲线


 


图中曲线分别代表四种典型条件的关系曲线。同一种聚合物在不同的试验温度及 拉伸速率条件下可能呈现图示的四种拉伸曲线。曲线A为温度最低或拉伸速率 最大情况,拉力与延伸率关系近乎直线,在应变较小时即达到极限拉力,且发生脆 性破坏。曲线D则是温度最高或拉伸速率最小时的状况。曲线BC显示两个极 端状态的中间状况。

抗拉强度作为土工格栅应用于加筋土结构中最重要的性质,是以单位宽度所 承受的拉力表示的,单位为kN/mN/m土工格栅的抗拉强度与测定时试样的 宽度、形状、约束条件等有关,必须在标准的规定条件下进行测定。国际上主要以 单肋条强度测试或宽幅强度测试为依据[1]

延伸率是以试样伸长量占原始长度的百分比表示的。伸长量可直接量测或由 试验曲线求取。由于土工格栅的应力-应变曲线通常是非线性的,拉伸模量(即土 工格栅拉伸过程中应力与应变之比)一般是指某一拉力范围内的模量。因土工格 栅拉伸曲线形状不同,拉伸模量的确定方法也不同,如图2. 2所示。

应变                                             应变                                                   应变

初始模量              偏移模量                  割线模量

2. 2 土工格栅拉伸模量的确定方法

以往人们对土工合成材料拉伸特性的研究主要以土工织物为主[2~11]。近 年来,虽然土工格栅新型加筋材料在加筋土工程中得到广泛的应用,但相应的试 验研究开展得不是很多。有关土工格栅拉伸试验方法,如《土工合成材料测试规 程KSL/T235—1999)[1]规定采用单肋条方法,每组样品不少于10个,拉伸速率 设定为计量长度的20%/min试验机具应选择具有等速拉伸性能、能测读拉伸 过程中拉力和伸长量或直接记录拉力-伸长关系曲线的拉力机。同时,要求试样 的最大断裂力在满量程的10%?90%范围内。再如《公路土工合成材料试验规 程》(m/T 060—1998)[12]和《土工合成材料一塑料土木格栅KGB/T 17689— 2008)[13]规定拉伸试验既可采用单肋条方法也可采用多肋条方法,但初始拉伸 距离应控制在100mm长或一个完整格栅(包含两条横肋)长度,且设定拉伸速率 50_/minASTM标准1>6637-01[14]对土工格栅拉伸试验进行了明确规 定,可以采用三种试验方法:单肋条试验方法、多肋条单样品试验方法及多肋条 多样品试验方法。单肋条试验方法每组样品不少于6;多肋条试验方法中样 品宽度不小于200mm且不少于5根肋条。样品长度大于300mm或者包含三条 横肋长度。拉伸速率设定为计量长度的10%/min根据试验结果,分别计算出 试样的抗拉强度、延伸率和拉伸模量。

现场试验作为研究分析土工格栅加筋土结构工作状态工程性状的主要手段, 如何有效地分析工作状态下的土工格栅加筋土结构的拉筋拉力或着通过现场实测 应变准确的转换成应力至关重要。目前的方法主要是基于按照各种标准或规范, 通过规范中确定的空气介质中一定拉伸速率条件下的拉伸试验确定各种参数。而 在工程实际中现场的位伸速率较室内拉伸试验的拉伸速率要小105?106数量 级。BoyleD5]通过对不同材质的土工织物进行过宽幅低应变速率的拉伸试验, 结果显示其抗拉强度和拉伸模量会有所降低。同样结论也被LeeHoltZ[ls]* Lee[17]所证实。

当土工格栅作为拉筋用于加筋土结构物中时,埋置在土中后,由于其与周围土 体的相互作用,其在土体内部(有围压)的拉伸特性与无围压时的性质会有所不同。 而影响土工格栅在土体介质中拉伸特性的因素主要包括拉伸速率和围压大小。为 正确分析土工格栅加筋土结构内部的应力-应变分布情况,应该考虑施工过程的低 拉伸速率和不同围压大小对其拉伸强度和拉伸模量的影响。

通过在空气介质和土体介质中进行土工格栅的拉伸试验表明[1518?2°]:两种介 质中材料的拉伸模量大致相等。在工作应力状态下,土工格栅在土体介质中的拉 伸模量较空气介质中的拉伸模量增大幅度约在5%以内。对于土工结构物来讲, 这个误差是允许的,因此,可以将空气介质中土工格栅的拉伸试验结果应用到土体 介质中。                                                             _

本节通过室内试验研究了不同拉伸速率对三种不同型号HDPE 土工格栅拉 伸性能的影响[21]

EVA防水卷材
EVA防水卷材

2.1. 2拉伸速率对土工格栅拉伸性能的影响

为了研究拉伸速率对土工格栅拉伸性能的影响,选取了三种高密度聚乙烯 (HDPE) 土工格栅进行 了不同拉伸速率50mm/min10mm/minlmm/min

0. lmm/min0. 05mm/min)的拉伸试验研究。

三种型号土工格栅的主要技术规格如表1所示。2. 2?表2. 4汇总了不 同拉伸速率条件下的试验结果。图2. 3为不同拉伸速率条件下三种土工格栅的抗 拉强度与应变关系曲线。


2.1试验用土工格栅的主要技术规格

项目

单位

规格

EG130R

EG90R

EG65R

纵向抗拉强度

kN/m

>136.0

^90.0

>65.0

纵向2%伸长率时的拉伸力

kN/m

^38.0

>23.7

>16.1

纵向5%伸长率时的拉伸力

kN/m

>75.5

^45.2

>30.9

峰值应变

%

<11.5

<11.5

<11.5

蠕变极限强度(200

kN/m

>49.0

>34.0

>25.5

 

2.2EG130R 土工格栅拉伸试验结果(kN/m)

拉伸速率 /(mm/min)

拉伸强度 /拉伸模量 (2%伸长率

拉伸强度 /拉伸模量 (5%伸长率

拉伸强度 /拉伸模量

(10%伸长率

拉伸强度 /拉伸模量 (峰值应变)

峰值应变/%

50

40. 78/2039. 0

77. 64/1552.8

133. 88/1338.8

139.72/1308. 2

10. 02

10

39. 22/1961.0

74. 85/1497.0

127. 54/1275. 4

134.13/1241.9

10. 42

1

36. 11/1805.5

69.81/1396.2

120.15/1201, 5

125.76/1119.8

11.03

0. 1

35. 36/1768.0

67. 85/1357. 0

115. 78/1157.8

121. 56/1041.6

11.32

0. 05

34. 21/1710. 5

65. 94/1318. 8

112. 97/1129.7

118. 76/997. 1

11.51

 

2.3EG90R 土工格栅拉伸试验结果(kN/m)

拉伸速率 /(mm/tnin)

拉伸强度 /拉伸模量 (2%伸长率

拉伸强度 /拉伸模量 (5%伸长率

拉伸强度 /拉伸模量 (10%伸长率

拉伸强度 /拉伸模量 (峰值应变)

峰值应变/%

50

27. 37/1368. 5

51. 33/1026. 6

87. 25/872. 5

94. 17/923. 21

10.2

10

23. 85/1192. 5

50.04/1000. 8

81. 48/814. 8

89.52/848. 51

10. 55

1

21. 22/1061

41. 92/838, 4

72. 84/728. 4

79. 18/698. 21

11.34

0. 1

20,18/1009

39. 85/797, 0

71. 62/716. 2

78. 26/659. 31

11.87

0.05

18.67/933.5

37. 68/753. 6

67. 51/675.1

76.35/619. 71

12. 32

 

2. 4EG65R型土工格栅拉伸试验结果(kN/m)

拉伸速率 /(mm/min)

拉伸强度 /拉伸模量 (2%伸长率

拉伸强度 /拉伸模量 (5%伸长率

拉伸强度 /拉伸模量 (10%伸长率

拉伸强度 /拉伸模量 (峰值应变)

峰值应变/ %

50

21.77/1088.5

40.75/815.0

66. 28/662. 8

69.17/637.5

10. 43

10

18.85/942.5

36.09/721.8

60. 25/602.5

64. 33/583.2

10. 85

1

17. 66/883. 0

34. 71/694. 2

55. 76/557.6

58. 79/505.1

11. 74

0. 1

16. 68/834. 0

32. 33/646. 6

53. 66/536. 6

56. 72/461. 5

12. 29

0. 05

15.71/785.5

31. 36/627. 2

51. 39/513. 9

53. 98/431.2

12. 67


2章土工格栅的工程特性研究


 

文本框: 21文本框: o o o o o o 4 2 0 8 6 4 II n 1 (e/i 讀 s 应鶴

(a)  EG130R


文本框: V 9876 5432文本框: V oooooooo文本框: (S/3V制睇義文本框: V 9876 5432,文本框: V oooooooo,文本框: (S/3V制睇義

 

 

 

 

 

 

 



应变/%

(b)   EG90R


文本框: o o 2 1文本框: o o 2 1

 

 

 

 

 

 

 


6 8

应穷%

(c) EG65R

 

10

 

12

 

14

 

 



2. 3 土工格栅拉伸强度与应变关系曲线

从试验结果可以看出HDPE 土工格栅的拉伸强度随拉伸速率的降低而降 低,峰值应变随拉伸速率的降低而增加,继而显示出拉伸速率的大小对土工格栅的 拉伸性能有重要影响,该结果与Boyle的试验结果相近1]

对比三种不同型号的HDPE 土工格栅的拉伸试验结果:拉伸速率从50mm/ min降低到0. 05mm/min时,EG130R 土工格栅峰值应变增加了 14. 87%,对应的 拉伸强度下降了 15. 0%EG90R 土工格栅峰值应变增加了 20. 78%,对应的拉伸 强度下降了 18. 92%;EG65R 土工格栅峰值应变增加了 21. 48%,对应的拉伸强度 下降了 21. 96%。因此可见,就土工格栅拉伸试验样品而言,不同的拉伸强度指标 受拉伸速率的影响程度不同。同一材质的HDPE 土工格栅,其拉伸强度越高,受 拉伸速率的影响程度越小。

土工格栅是由高分子聚合物组成的,具有明显的蠕变 特性,可采用图2. 4中的黏弹性蠕变模型表示。在加载初 期,阻尼的黏滞性较强,而整个模型的拉伸模量会增加。

?'                拉伸速率越大,阻尼的黏滞特性越明显,拉伸模量越

"1 大。而当拉伸速率较低时,分子位置有足够时间进行调UJ,整,能量除一部分转化为热能外,一部分被阻尼结构吸取, X 从而使材料的拉伸强度降低。

2. 5表示在各种拉伸速率条件下,峰值应变与应变 速率的关系曲线。图中明显显示:峰值应变随拉伸速率的 ffl 2.4    增大而降低;材料的抗拉强度越高降低幅度越小;在同一

文本框: sss ■ tIJh拉伸速率条件下,土工格栅的抗拉强度越低,其峰值应变越高。

拉伸速率/(mm/min)


 

E

2. 5峰值应变与拉伸速率的关系曲线 图2. 62%5%10%应变对应的拉伸强度及极限拉伸强度与拉伸速率的 关系曲线。



文本框: 1009080咒6050牝3020100010987654321807060504030 (S/3VSSS (S/3)/姻瞍拿(s/mv?趙 Is

拉伸速率/% (a) EG130R

 

拉伸速率/% (b) EG90R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



拉伸速率/%

(c)   EG65R

2. 6拉伸强度与拉伸速率的关系曲线


2. 72%5%10%应变对应的拉伸模量及极限拉伸模量与拉伸速率的关系曲线。

0.01 0.1 1 10 100

拉伸速率/%

(a) EG130R


 

1600

0 1---- 1~11111111--------- 1~ I ? I I III------ 1_ I M II II------- 1_ II I III

0.01 0.1 1                                                                   10 100


 


拉伸速率/%

(b) EG90R

 
文本框: HH文本框: o o o o C 幻 o o o C 0 8 6 4 0 Blsi蓄

0 1------ 1~ 1 11111-------------- 1~ \ \\\\\----------- 1_ I I I 111------------ 1~I. 1 t MIH

0.01 0.1 1 10 100

拉伸速率/%

(c) EG65R

 

 

 

 

 

 

 



2. 7拉伸模量与拉伸速率的关系曲线 从图2. 6和图2. 7可以看出,对应某一特定拉伸速率的同一种土工格栅而言,

2 %5 %10%应变、峰值应变对应的拉伸强度依次增大,而拉伸模量却依次减小。 同一土工格栅的拉伸模量随梓伸速率的增大而增大。因此,在土工格栅加筋土结 构施工过程中,由于现场结构中土工格栅所受拉伸应变速率较低,拉筋的拉伸模量 发挥有限,其数值远小于室内试验中按照50mm/min拉伸速率确定的拉伸模量。 而在确定土工格栅加筋土结构中拉筋的拉伸模量时,必须选择相应的拉伸速率所 对应的合适的拉伸模量。

为了合理评价土工格栅拉伸强度和拉伸模量受拉伸速率的影响程度,将每种 土工格栅的拉伸强度、拉伸模量与拉伸速率的关系进行回归,并以相关系数表示相 关性的大小。通过回归分析,以指数表示的回归方程的相关系数最大,如表2. 5和 表2. 6所示。通过该回归方程可估计出在给定拉伸速率条件下的土工格栅的拉伸 强度和拉伸模量。

2.5 土工格栅拉伸强度与拉伸速率的回归方程

拉筋类型

回归方程

R2

EG130R

2%应变

3^=0. 919lnx+36. 968

0.965

5%应变

y=l. 644lnx+70.917

0. 981

EG90R

2%应变

3^=2. 043ln^+43. 79

0.956

5%应变

^=1. 129lru:+22. 051

0. 943

EG65R

2%应变

y=0, 646lnx+18. 224

0. 895

5%应变

y=l. 020lnx+35.189

0. 894

 

2.6 土工格栅拉伸模量与拉伸速率的回归方程

拉筋类型

回归方程

Rz

EG130R

2%应变

^=45. 959liu:+1848.4

0. 965

5%应变

y=S2. 87lnx+1418.3

0. 981

EG90R

2%应变

3^=56. 4571nx-hll02.6

0. 943

5%应变

y=40t 86inx+875. 79

0. 956

EG65R

2%应变

y=38. 143lnx+899.71

0. 921

5%应变

y=Zi. 205lru+696. 52

0. 930

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