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1 試驗儀器、材料和試驗方法 1 1 試驗儀器 本試驗采用清華大學巖土工程研究所自行研制的大型土與結(jié)構(gòu)接觸面循環(huán)加載剪切試驗機(TH 20t CSASSl) 上進行, 如圖1所示, 該設(shè)備實現(xiàn)了加載和測量的自動化, 加載按位移控制。 拉拔試驗車的內(nèi)部尺寸45c m 36cm 25cm(長 寬 高) , 直剪試驗車的內(nèi)部尺寸49cm 36 5cm 26 5cm, 如圖2 所示。 [5] 圖1 TH 20t CS ASSI 設(shè)備圖Fig. 1 Equipment photo of TH 20t CS ASSI 圖2 試驗設(shè)備示意圖Fig. 2 Sketch of test apparatus 1 2 試驗材料 試驗采用的土工格柵為青島頤中股份有限公司生產(chǎn)的EG65R 、EG90R 、EG130R 單向土工格柵, 橫肋間距為25cm, 其主要的技術(shù)指標如表1所示。 粘土分別采用白河堡粘土和天津耳閘粘土, 粉土采用奧林匹克水上公園現(xiàn)場的砂質(zhì)粉土, 土的性質(zhì)如表2所示。其中白河堡粘土和粉土按照最優(yōu)含水量制備, 然后按照相關(guān)規(guī)范, 取擊實度為90%, 分層擊實制備試樣。而天津耳閘粘土則按最優(yōu)含水量、90%擊實度制樣后, 在下部充水至飽和再進行試驗。為模擬現(xiàn)場工況, 拉拔試驗均采用不固結(jié)快速拉拔試驗。 表1 單向土工格柵的技術(shù)指標 Table 1 Technical index of single direction plastic geogrid 筋材種類EG130R EG90R EG65R 3 表2 粘土和粉土的技術(shù)指標Table 2 Technical index of clay and silt 最優(yōu)含水量w o p 白河堡粘土天津耳閘粘土 粉土 3 由質(zhì)控拉伸試驗質(zhì)控抗拉 m) 強度 測得的抗拉力 (kN kN m 2%應(yīng)變5%應(yīng)變1368864 5 3823 716 1 75 545 230 9 峰值20! 蠕變 應(yīng)變 極限強度 %k N m 11 511 511 5 493425 5 最大干密度 max 1 7g cm 31 69g cm 31 61g cm 3 液限 w l 塑限w p 塑性指數(shù)I p 14 912 35 0 17%17 5%19 0% 32%17 1%30 1%17 8%27 5%22 5% 在奧運水上公園工程中, 靜水賽道需挖出砂質(zhì)粉土及粉細砂300多萬m , 而填筑動水賽道需土60~70萬m , 如何使用挖方棄土作為加筋土坡填方是一個主要課題。粉細砂取自奧林匹克水上公園現(xiàn)場, 技術(shù)指標見表3。粉細砂的干密度 含水量關(guān)系曲線沒有呈現(xiàn)明顯的峰狀, 在10%~16%含水量時, 擊實干密度對于含水量不 3 敏感, 最大干密度為1 60g cm , 制樣時按含水量16%, 90%擊實度分層制樣。 砂礫料取自贛龍鐵路現(xiàn)場, 其級配不均勻、不連續(xù), 含有較多的大顆粒。剔除大于40mm 的顆粒以后的技術(shù)指標見表3。其最大干密度為2 107g cm , 最小干密度為1 654g cm 。按照有關(guān)規(guī)范, 試樣相對密度取為D r =0 7, 相應(yīng)試樣干密度 d =1 947g cm 。分層擊實制備試樣。 第6期湯 飛等:單向塑料土工格柵與土界面作用特性的試驗研究 表3 粉細砂和砂礫料的技術(shù)指標Table 3 Technical index of fine sand and grail 顆粒組成 mm 特征粒徑 mm d 60 0 15d 6011 d 500 13d 507 5 d 300 095d 300 95 d 10 0 065d 100 13 C u 2 3184 6 C c 69 粉細砂砂礫料 >0 210%>1041 6% 0 2~0 0583%10~127 9% 0 05~0 005<0 0056 5%0 5%1~0 07524 5% <0 0756% 0 930 63

3 直剪試驗 選用EG65R 單向格柵在白河堡粘土中進行了直剪試驗。繪制出每個法向應(yīng)力作用下, 小車的水平位移與摩擦力之間的變化曲線, 如圖9(a) 所示, 可以看出各組試樣在位移至4~6mm 時均開始出現(xiàn)拐點, 曲線接近于雙曲線。根據(jù)曲線出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折處, 確定其極限摩擦強度, 即抗剪強度。根據(jù)求出抗剪強度繪制出 p 與各級法向應(yīng)力p 之間的曲線, 如圖9(b) 所示。 圖9 EG65R 與粘土直剪試驗曲線 Fig. 9 Direct shear test curve between EG65R and clay 可見E G65R 單向格柵與白河堡粘土間的直剪摩擦強度指標為:c =6 3kPa, ! =21 2?, 接近土本身的強度指標。這比拉拔測得的拉拔強度指標(c =1 6kPa, ! =6 3?) 高很多, 這是由于格柵肋之間的空隙并且格柵有一定的厚度, 使得鐵板與土間摩擦和土與土之間的摩阻力占了很大比例。 4 拉拔強度指標和直剪強度指標的選用 對于EG65R 單向格柵與白河堡粘土, 其拉拔摩擦強度指標為c =1 6kPa, ! =6 3?, 其直剪摩擦強度指標為c =6 3kPa, ! 21 2?, 兩者數(shù)值上有很大差別。 在加筋結(jié)構(gòu)中, 如果滑裂面形狀如圖10(a) 所示, 貫穿整個加筋材料, 此時若沿滑裂面破壞, 則破壞形式表現(xiàn)為筋材拉斷或從土中拔出的破壞, 故設(shè)計錨固長度時, 應(yīng)取拉拔強度指標。如果滑裂面形狀如圖10(b) 所示的復(fù), 72水 力 發(fā) 電 學 報2006年出的破壞, 計算時仍取拉拔強度指標; 底部則表現(xiàn)為上部土體沿格柵接觸面的滑動破壞, 所以計算底部滑裂面時 選用直剪強度指標較為合理。 圖10 滑裂面示意圖 Fig. 10 Sketch of slip face 5 結(jié)論 (1) 如果在夾具頭測水平位移, 可能包含有夾具與格柵的滑動位移, 縫口與夾具之間格柵的拉伸變形等, 位移偏大; 而由于格柵剛度較大, 所以在試樣后部測水平位移較為合理。 (2) 粘土與格柵接觸面抗剪強度很低, 不能提供足夠的錨固力, 尤其是對于拉拔力較大的格柵及孔壓未能充分消散的情況, 以粘土為填料是不合適的。而粉土和粉細砂接觸面抗剪強度較低, 不容易壓實且易液化, 也不是很合適的填料。如果選用它們作填料, 應(yīng)注意排水。 (3) 砂礫料中格柵的拉拔強度曲線會出現(xiàn)臺階現(xiàn)象及極限強度的非線性, 這是由于拉拔過程中孔眼間的大顆粒砂礫的咬合和位移調(diào)整造成的。取格柵后部水平位移L =4m m 的強度作為設(shè)計拉拔力是較為可靠的。 (4) 砂礫料與格柵間抗拔阻力以咬合為主, 所以接觸面抗剪強度較高, 在法向壓力較高的情況下, 格柵甚至被拉斷, 拉斷時的單位長度拉力稍小于格柵產(chǎn)品的強度標準值。 (5) 若整體沿滑裂面破壞時表現(xiàn)出格柵的拉拔破壞, 設(shè)計錨固長度時應(yīng)采用拉拔抗剪強度指標; 若沿復(fù)合滑裂面破壞時會出現(xiàn)沿格柵接觸面的滑動破壞, 此時宜用直剪抗剪強度指標。 參考文獻: [1] 吳景海, 陳環(huán), 王玲娟, 等. 土工合成材料與土界面作用特性的研究[J].巖土工程學報, 2001, 23(1) :89~93. [2] Bak eer Reda M, Sayed Sayed M, Cates Peter, et al. Pullout and shear tests on geogrid reinforced lightweight aggregate[J].Geotextiles and Geomembranes, 1998, 16:119~133. [3] 馬學寧, 楊有海. 土工格柵與土界面特性的試驗研究[J].蘭州鐵道學院學報, 2003, 22(4) :88~90. [4] 馬存明, 周亦唐, 廖海黎, 等. 塑料土工格柵加筋土抗拉拔特性試驗研究[J].中國鐵道科學, 2004, 25(3) : 36~39. [5] 張嘎, 張建民. 大型土與結(jié)構(gòu)接觸面循環(huán)加載剪切儀的研制及應(yīng)用[J].巖土工程學報, 2003, 25(2) :149~ 153. [6] Ingold T S. Laboratory pullout testing of grid reinforcement in sand[J]. Geotechnical Testing Journal, 1983, 16(3) :

山東聯(lián)祥工程材料有限公司 位于馳名中外的“五岳之首”——泰安，周邊風景秀麗，環(huán)境優(yōu)雅，交通十分便利，通訊發(fā)達。是國內(nèi)知名的土工合成材料生產(chǎn)企業(yè)和自營進出口企業(yè)。    

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