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土工格栅蠕变特性研究

澳门太阳集团2007网站:admin  发布时间:2016-08-09  点击:1247

由聚合物组成的塑料土工格栅具有蠕变性能且将影响着其加筋土结构的长期 行为。拉筋的蠕变现象会导致加筋土结构内部应力状态的重分布,以致产生整体 失稳或过大水平变形。蠕变过程三个应力-应变阶段(图2. 42)的过渡点临界温度 为玻璃化温度乃(弹性阶段与黏弹性阶段过渡点)和融点温度Tm(黏弹性阶段与 流动阶段过渡点)[4°]。当周围介质温度TS时,土工格栅表现为弹性特性;当 Tm>T>Tg时,土工格栅表现为黏弹性(蠕变)特性。对聚丙烯或高密度聚乙烯土 工格栅而言,当周围土体介质温度为10?30°C时,正好在其TgTm之间,因此在 一定应力状态下,拉筋会表现为蠕变特性。

2. 42典型的蠕变曲线

高强土工格室
高强土工格室

 

2.3.1蠕变曲线与模型

土工格栅在常温下的应力-应变-时间特性可用应力<7、应变?、时间t为轴的三 维坐标表示,将其分别向三个平面投影可得到反映其蠕变特性的三种曲线 (2. 43),即ere平面上的等时螺变曲线、^平面上的等应变蠕变曲线和平面 上的等应力蠕变曲线。


应变s


 

时间,

应力


 

文本框: 时间/文本框: 应力破坏曲线文本框: 时鲰2. 43 定温度下的各种蠕变曲线

等时蠕变曲线指材料在不同时间点时的曲线的形状变化。等应变蠕变曲 线指材料在不同的应变水平及不同时间点时承受荷载的能力。与等应变蠕变曲线 相似的应力-破坏(蠕变破坏)曲线可以更简便的描述材料承受荷载时所希望的使 用年限(设计期限),可以判断在不同的应力水平下,材料破坏与时间的关系。等应


力蠕变曲线可进一步分解为应变-应变速率曲线和蠕变系数曲线。应变-应变速率 曲线可以分析材料在不同的应力水平下,应变变化率与总应变的关系,但不能分析 时间因素的影响,因此很难确定材料的蠕变稳定值即零应变速率点。所以,只用应 变-应变速率曲线不能很好的反映土工格栅的长期强度特性。以e-bgi表示的等 应变蠕变曲线可以仅用一直线表示蠕变系数,即e, =0+61啤,其中e,为时间?内 的全部应变,e为时间初始时(=0)的应变,6为蠕变系数,其值由材料的应力水 平决定,可以根据其大小判断拉筋的蠕变速率。

在图2. 43中与土工格栅拉筋蠕变特性最相关的是应力-破坏曲线、等时蠕变 曲线和蠕变系数曲线。应力-破坏曲线表示拉筋在一定荷载下的使用期限;等时蠕 变曲线和蠕变系数曲线可以分析拉筋在不同的应力水平和设计期限内的全部应变 和螺变应变。为了更好地分析土工格栅拉筋的蠕变特性,必须建立能较好的反映 其特性的蠕变模型。

国内的王钊[4°]、杨果林[41]和胡晓慧(2001)[42]对土工格栅的蠕变特性进行了 初步研究,得出了一些有用的结论。国外对土工格栅蠕变问题的研究虽然取得一 定成效,但还远远没有达到系统研究的水平,还有待于后人作进一步的努力。

1.简单的数学模型

Finnigan(1977)[43]在模拟土工合成材料短期的蠕变性能时提出的模型为 e = ?o +Alog?        (2.10)

式中,e~材料的总应变;

eoA——与温度、材料特性和应力有关的函数; t   时间。

FindleyLai[在对聚乙烯进行了长期的蠕变试验后,提出了以下模型

e = e? + e+tn                                    (2.11)

式中,#e+——与温度和应力有关的函数; n与应力、温度无关,其值小于1. 0

Matichard[45]根据有侧限约束条件下的蠕变试验结果提出的模型为

E = eitn                                        (2.12)

式中,?1——加载初始时的应变

——与侧向限制条件无关的常数聚乙烯材料为0.12,聚酯材料为

0.015)t       时间。

Viezee(1990)[46]提出了以下的蠕变关系式,即

e(f) = mlogioi+ e(f0)                                                     (2.13)

式中,仏。)——加载lh时的截距; m        螺变斜率;


t----- 时间。

0.        蠕变模型

以上模型均为弹簧表示的简单模型。由于土工格栅为黏弹性材料,为了更好 的模拟其蠕变特性,采用了包括弹簧和阻尼在内的较复杂的数学模型即蠕变模型 来表示。模拟土工合成材料的蠕变行为是PauteSegouin [47]提出的包括弹黉 和开尔文模型的三参数蠕变模型。ShresthaBell[48]提出了四参数模型。四参 数模型表现为四个阶段,即初始蠕变段、蠕变速率逐渐减少段、稳定蠕变段和加速 蠕变段。在稳定蠕变段,材料以最小的蠕变速率为常数直至加速蠕变段的出现。 在加速蠕变段,材料的蠕变速率快速增加直至破坏。而三参数模型,蠕变速率一直 递减。Shrestha和设11[48]证明了四参数模型与实际较为接近。Sawicki[49]提出了 在工程现场误差允许的范围内,在常荷载与增加荷载作用下的土工合成材料的三 参数蠕变模型。

1.        复杂的蠕变模型

为模拟具有非线性黏弹性行为的土工格栅的蠕变行为,采用复杂的蠕变模型 可能更为准确。

}^[49]提出了以下模型

文本框: (2.14)e = R(OP+Mit)Pz + NCOP3 式中,只0 ="1 +0)1 ,M(t) ="2 ~\~Witn ,JV(i) ="3 0)3 tn

、供、押、助、明、奶——表征材料特性且与温度有关的常数 n——与材料特性有关的函数,故

文本框: (2.15) (2.15) (2.17) ?(i,p) =?oc.p) + Etip) t"

E(p) = fJ-lP+fJ-2p2 + fJ-3p3 Etip) = co\p an p2 + coz p3

这七个参数至少有三个大小不同的荷载确定。

Sawicki[50]提出的模型仅局限于特定型号的土工格栅的特殊情况,即

(

式中,&——单独弹簧的模量;

E2Tj——开尔文模型参数; a——土工格栅单位宽度的拉力

?——土工格栅的全部应变; t     '荷载加载时间D

E、拉和T)由给定的土工合成材料的蠕变实验结果决定。 z=0时,?!=;时,?2=—■-~?由正交试验确定。

?o                   Eob —?o ,

<7为常数时,式(2.18)可改写为

Ei +EZ ck | E2e                                                           (n .

r---- ff — t: n-----                                     19)

r/Ei                at rj

=(pit                                      (2. 20)

式中                                         ^

W) = exp(_f) E" = 1+2?^                                                            (2. 21)

以上各种模型的缺点是都不能直接用于有限元法等计算程序,也不能计算由 增量表示的割线模量,疋=|

2.3.2   土工格栅蠕变特性试验研究

单向土工格栅进行室内蠕变试验是结合云广特高压直流输电工程云南省楚雄 换流站加筋土高边坡工程,采用EG70R型和EG145R型单向土工格栅进行的,试 验图示如图2.44EG70R型单向土工格栅试验结果如图2. 45?图2.49和 表2. 10所示。


 

2. 44 土工格栅室内蠕变试验 2.10 EG70R 土工格栅蠕变强度

时间/

50

60

100

120

蠕变强度八kN/m)

29. 44

29.27

28. 81

28. 64

 


2章土工格栅的工程特性研究

文本框: ? 53 ?文本框: %/霞20 °C


 


(2

 

(1.00) 0.00 1.00 2.00

logf/h

 

3.00

 

4.00

 

5.00

 

2. 45 20VEG70R 土工格栅蠕变试验结果

30 °C

?25.00-

 

-1.000

 

-0.000

 

1.000

 

2.000

 

3.000

 

4.000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



,log"h

2. 46 30°CEG70R 土工格栅蠕变试验结果

40 °C


 

log r/h

2. 47 40°CEG70R 土工格栅蠕变试验结果



 

log t/h

2. 48 50°CEG70R 土工格栅蠕变试验结果

-2.00

1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65 1.70 log /?/(kN/m)


 

2. 49 EG70R 土工格栅蠕变试验结果统计图 EG145R型单向土工格栅试验结果如图2.50?图2.54和表2.11所示,


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1.0      2.00 logf/h

2. 50 20°CEG145R 土工格栅蠕变试验结果


 

 

 

 

 

 

 

 

 



30°CEG145R 土工格栅蠕变试验


log?/h


40 °C


%/^


 

2. 52 40°CEG145R 土工格栅蠕变试验 表2.11 EG145 土工格栅蝎变强度

时间/

50

60

100

120

蠕变强度/(kN/m)

65. 22

64. 74

63. 42

62. 95

 

以计算土工格栅120年的强度为例,两种型号土工格栅的抗拉强度蠕变折减

系数为2. 6。试验结果满足现行规范要求。


 

 

 

 

塑料排水板
塑料排水板

 

 

 

 

 



50tEG145R土工格栅蠕变试验 EG145械变结果图


7.00

6.00

5.00

4.00

3.00

2.0      1.00


 


EG145R 土工格栅蠕变试验结果统计图 参考文献

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