孫景路,劉麗佳,張 濱

(黑龍江省季節(jié)凍土區(qū)工程凍土重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,哈爾濱 150078)

0 前 言

土體具有一定的抗壓和抗剪強(qiáng)度,而它們的抗拉強(qiáng)度卻很低,在土內(nèi)摻入或鋪設(shè)適當(dāng)?shù)慕畈暮?可以不同程度地改善土體的強(qiáng)度與變形特征。筋材埋在土體中,可以擴(kuò)散土體的應(yīng)力,增加土體模量,傳遞拉應(yīng)力,限制土體側(cè)向位移;還增加土體與其它材料之間的摩阻力,提高土體及有關(guān)建筑物的穩(wěn)定性。

在季節(jié)凍土區(qū)擋土墻設(shè)計(jì)中,作用于擋土墻上的土壓力通常按庫(kù)侖或朗肯理論計(jì)算。冬季墻后部分或全部填土處于凍結(jié)狀態(tài),將對(duì)墻體產(chǎn)生水平凍脹力,在該力作用下經(jīng)常發(fā)生墻體傾覆、斷裂、位移等破壞,在季節(jié)凍土區(qū)柔性加筋擋土墻可以減少這類凍害引起的工程事故。土工格柵是加筋擋土墻的理想加筋材料,優(yōu)越的加筋效果得到了土木工程界的一致好評(píng)。但土工格柵低溫狀態(tài)下拉伸破壞情況未見報(bào)道,為此本試驗(yàn)室開展了不同環(huán)境溫度下的滌綸纖維土工格柵的拉伸試驗(yàn),為加筋土擋墻提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 試驗(yàn)裝置及材料

1.1 試驗(yàn)裝置

拉力試驗(yàn)機(jī)及采集系統(tǒng):拉伸試驗(yàn)采用LJ-1000型拉力試驗(yàn)機(jī);自動(dòng)采集系統(tǒng)由KQ-LY03型拉力傳感器、WDL-150型位移傳感器及DataTaker數(shù)采系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)組成。

拉力試驗(yàn)機(jī)置于低溫試驗(yàn)室內(nèi)。試驗(yàn)室內(nèi)溫度控制范圍為20℃～-35℃,控制精度為±0.5℃。

1.2 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)材料采用規(guī)格為S5050型滌綸纖維土工格柵。其參數(shù)見表1。

表1 試驗(yàn)用格柵的物理力學(xué)參數(shù)Table1 Physical and mechanical parameters of polyester geogrids

1.3 試樣制備

本試驗(yàn)采用滌綸纖維土工格柵為雙向格柵,剪取縱向、橫向試樣尺寸為20 cm×7.5 cm,即20 cm為拉伸方向8個(gè)節(jié)點(diǎn),7.5cm為橫向3個(gè)節(jié)點(diǎn),每5個(gè)試樣為1組。試樣安裝到拉力試驗(yàn)機(jī)夾具上后,其有效尺寸為10 cm×7.5 cm。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

本次試驗(yàn)擬求得不同環(huán)境溫度對(duì)滌綸纖維土工格柵縱向、橫向極限強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率的影響。

2.2 試驗(yàn)控制邊界條件

拉伸速率:V=20 mm/min。

拉伸試驗(yàn)溫度設(shè)定為:-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃。試樣在相應(yīng)的設(shè)定環(huán)境溫度下放置24 h,并在該環(huán)境下試驗(yàn)。

2.3 拉伸試驗(yàn)及現(xiàn)象

2.3.1 試驗(yàn)過(guò)程

預(yù)先將試驗(yàn)室和試件控制要求環(huán)境溫度下,將試件一端先固定到LJ-1000型拉力試驗(yàn)機(jī)下夾具上,再將試件另一端穿過(guò)上夾具并人工施加一定拉力,同時(shí)擰緊夾具螺絲固定試件。開動(dòng)拉力機(jī),通過(guò)由KQ-LY03型拉力傳感器、WDL-150型位移傳感器、DataTaker數(shù)采儀及計(jì)算機(jī)組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),全程記錄試件的應(yīng)力、應(yīng)變過(guò)程。試驗(yàn)環(huán)境溫度控制順序?yàn)?0℃、10℃、0℃、-10℃、-20℃。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table2 Statistical table of tensile test results

2.3.2 試驗(yàn)現(xiàn)象

1)試樣受荷初期,隨著拉伸量加大,試樣纖維開始崩斷,變形繼續(xù)加大,一般在應(yīng)力集中處突然斷裂。試樣低溫時(shí)比高溫時(shí)斷裂的時(shí)間用時(shí)短。

2)試樣的破壞有時(shí)出現(xiàn)一根肋條先斷裂,然后其它兩根隨后斷裂的現(xiàn)象,也有試樣夾持端被拔出或試樣被夾具夾斷等現(xiàn)象,主要是由于試樣夾持力不均勻或不足所致,因此試樣夾持力一定要均勻,同時(shí)對(duì)試樣施加一定的預(yù)拉荷載是有必要的。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果整理與分析

將10組試樣分別在室溫20℃、10℃、0℃、-10℃、-20℃環(huán)境中進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。本次試驗(yàn)中為反映客觀性,每組試樣進(jìn)行5個(gè)平行試驗(yàn),試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)整理見圖1～圖4。

上面4個(gè)圖是滌綸纖維土工格柵此次試驗(yàn)中的縱、橫向測(cè)試圖。由圖1可見,滌綸纖維土工格柵縱向上ε延伸率＜13%就破壞,且單位延伸率與強(qiáng)度近似成正比;圖2橫向變化規(guī)律也類似;由圖3可見,同一種滌綸纖維土工格柵,在-20℃～20℃橫向極限拉伸強(qiáng)度小于縱向的極限拉伸強(qiáng)度;圖4在-20℃～20℃橫縱向拉伸強(qiáng)度較大。因此,在實(shí)際工程中低溫環(huán)境下,應(yīng)采用滌綸纖維土工格柵的縱向?yàn)橹饕芰Ψ较?使材料能承受土體更大的作用力。

圖1 不同溫度下滌綸纖維土工格柵縱向應(yīng)力應(yīng)變圖Fig.1 Stress-strain curve of vertical polyester geogrids under different temperature

3 結(jié) 論

1)在0℃以上的正溫環(huán)境中,滌綸纖維土工格柵縱向極限強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率沒(méi)有太大的變化,溫度的影響不顯著。

2)滌綸纖維土工格柵縱向、橫向極限強(qiáng)度受低溫的影響不大,強(qiáng)度損失較小;且在-10℃～10℃強(qiáng)度略有增加,有低溫硬化的現(xiàn)象。

3)滌綸纖維土工格柵極限應(yīng)變受溫度影響較大;伸長(zhǎng)率在溫度為0℃以上的環(huán)境中變化不大,而在-10℃負(fù)溫環(huán)境中縱向、橫向分別損失14.3%和19.8%;在-20℃負(fù)溫環(huán)境中縱向、橫向分別損失31.6%和39.5%,降低較大,說(shuō)明材料低溫變脆。

[1]楊果林.現(xiàn)代加筋土技術(shù)應(yīng)用與研究進(jìn)展[J].力學(xué)與實(shí)踐,2002,24(1):9-17.

[2]汪恩良,徐學(xué)燕.低溫條件下塑料土工格柵拉伸特性的試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué),2008,(6):1507-1511.

[3]GB/T 17689-1999,土工合成材料 塑料土工格柵[S].

[4]蘇建偉,李 忠,陳 奇,等.數(shù)值模擬加筋長(zhǎng)度對(duì)擋土墻工作性態(tài)的影響[J].黑龍江水專學(xué)報(bào),2008,35(1):51-53,77.