塑料土工格栅加筋土应力分布特征研究

　　摘要：本文通过试验，对塑料土工格栅加筋土应力分布特征进行了研究。结果显示，塑料土工格栅与土体之间的摩擦力随拉力的升高而增加，其摩擦应力的发展模式可以分为四个阶段，起始阶段，发展阶段，局部屈服和完全屈服阶段；在高围压或长埋深的情况下，筋材会出现拉断破坏，这时的摩擦应力至多经历前三个阶段，而不具备完整的四阶段应力发展模式。
　　关键词：塑料土工格栅加筋土，界面摩擦力，分布特征
　　
　　塑料土工格栅是一种新兴的土工合成材料，是用高强度聚丙烯或高密度聚乙烯的高分子聚合物片材，在一定的温度下，经过挤板压延、冲孔、纵向拉伸(使高分子聚合物的分子链定向排列，达到提高其抗拉强度的目的)、冷却定型等工艺过程制作而成的片网状结构物[1]。将塑料土工格栅置于土体内部，表面或各层介质之间，利用土和土工格栅之间的相互作用，可以充分发挥土体较好的抗压性能和塑料的抗拉性能，使整个土体整体受力条件得以改善。
　　1. 试验设备
　　图1试验装置
　　容器的厚壁用8cm厚的木板做成，体积大小为0.95×0.95×0.95m3。用三角钢板固定外围，以避免测向变形。两个矩形钢板构成夹具，通过螺栓固定塑料土阿工格栅。在钢板和土工格栅之间放置一层橡胶，以防止土工格栅破损[2]。利用简单的堆积重物来实现围压N，拉力用花栏螺栓实现，整个试验装置见图１。塑料土工格栅为重庆庆栏塑料制品有限公司生产的TGDG35和TGDG25两种，土工格栅在试验土体中的界面特性和性质见表１。
　　
　　表1土工格栅的界面性质
　　土工格栅
　　类型 试验围压
　　（KPa） 最大拉力
　　(kN) 残余拉力
　　(kN) 最大位移
　　(mm) 最大应变（%） 界面视摩擦角(o) 残余界面视摩擦角(o)
　　TGDG35 27.7 15.0 13.2 38 1.234 31.0 27.9
　　TGDG25 27.7 14.0 13.4 33 1.030 29.3 28.2
　　
　　
　　2．理论公式
　　沿筋材表面的摩擦力的表达式是：
　　（1）
　　其中，x为塑料土工格栅沿埋深x处的摩擦应力；T(x)为塑料土工格栅沿埋深x处所受的拉力。而
　　（2）
　　其中E为塑料土工格栅在弹性范围内的弹性模量；x为塑料土工格栅沿埋深x处的应变;d为塑料土工格栅的厚度。于是，有
　　（3）
　　3．试验结果与理论分析
　　图2和图3分别绘出了TGDG25和TGDG35各点的摩擦应力与拉力的关系曲线，各点的具体位置如图1所示。试验结果表明，随着土工格栅在施拉端所受拉力的不同，筋材表面的摩擦力分布并不是一成不变的。以土工格栅TGDG35为例，在拉力较小时，例如在为1k和k的时候，摩擦应力在靠近施拉端的点数值较大，并且随着拉力的增大，数值增加得也较快；而在靠近尾端的点，与、点相比，几乎可以看作为零。当T为k和k时，点已逐渐到了稳定，而和点的摩擦力也迅速增加，而点的摩擦力增加还是较为缓慢。随着拉力的进一步增大，当T为kN时，点达到峰值，随后进入残余屈服阶段，、两点的摩擦力增加加快，点向峰值逼近。当拉力再增大时，峰值向后传递到点和点，点也进入残余屈服阶段，最后整个界面都进入了屈服，土工格栅被拉出。对于TGDG25，由于材料本身的刚度较小，在拉出过程中应变片多有损坏，但也明显地看出上述趋势。
　　
　　图2摩擦应力沿埋深的分布（TGDG25）
　　
　　图3摩擦应力沿埋深的分布（TGDG35）
　　从上述的分析可知，在土工格栅的拉出行为过程中，随着土工格栅在施拉端所受拉力的增大，整个过程可以人为地将其分为不同的阶段。文献[3]将土工格栅与土体之间摩擦应力的发展分为3个阶段，本文认为宜将其分为如图4所示的四个阶段。当加筋材料所受的拉力较小，摩擦应力主要分布在施拉端，呈近似的三角形分布，这时，摩擦应力不能传递到尾端，靠近尾端的部分没有发挥作用，称为起始阶段；当筋材所受的拉力进一步增大，摩擦应力开始传递到尾端，靠近尾端的加固筋开始发挥作用，这时称为应力发展阶段，应力发展阶段的特点是应力分布到筋材的全部范围；当筋材所受的拉力再增大，靠近施拉端的部分开始进入屈服阶段，已经无法提供更多的摩擦力，摩擦力峰值向后传递，后端的摩擦力呈迅速增加，这个阶段可以称为局部屈服阶段；等到筋材将要被拔出时，尾端的摩擦应力也进入屈服，即整个筋材的摩擦力全部进入屈服，即为整体屈服阶段。而在高围压或长埋深的情况下，在局部屈服阶段筋材会出现拉断破坏的现象，此时摩擦应力至多经历起始阶段、发展阶段、局部屈服阶段，而不具备完全屈服阶段。
　　
　　
　　
　　图4摩擦力的分布模式
　　4．结论
　　在土工格栅的拉出行为中，塑料土工格栅与土体之间的摩擦力随拉力的升高而增加，界面摩擦力随筋材所受拉力的大小明显地分为四个阶段：起始阶段，应力发展阶段，局部屈服阶段和完全屈服阶段。在高围压或长埋深的情况下，筋材会出现拉断破坏，这时的摩擦应力至多经历前三个阶段，而不具备完整的四个应力发展阶段。
　　
　　
　　参考文献
　　
　　[1]赵君.土工格栅的主要性能及其工程应用[J].广东建材，2011，(5):110-112.
　　[2]杨圣春,刘香,刘传利等.塑料土工格栅加筋土加筋机理研究[J].四川建筑，2007，(9):89-90.
　　[3]李文旭，王宁，韩志型等.土工格栅加筋黏性土动力性能的试验研究[J].工业建筑，2011，(41):66-69.

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