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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。 在加筋結構中, 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, 故設計錨固長度時, 應取拉拔強度指標。如果滑裂面形狀如圖10(b) 所示的復, 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, 設計錨固長度時應采用拉拔抗剪強度指標; 若沿復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. 大型土與結構接觸面循環(huán)加載剪切儀的研制及應用[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) :

1 3 試驗方法 拉拔試驗采取應變控制的方式, 拉拔速率取0 5mm/min。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, 所以試驗中在格柵的后部用位移傳感器測定水平位移。 直剪試驗采取應變控制的方式, 剪切速率取0 5mm/min, 土工格柵用環(huán)氧樹脂粘在光滑鐵板上, 將鐵板固定在加荷板上。在直剪車的前端放置位移傳感器。 2 拉拔試驗 選用EG90R 單向格柵在白河堡粘土和天津耳閘粘土中, EG65R 單向格柵在砂質(zhì)粉土和粉細砂中進行了拉拔試驗。繪制出每個法向應力作用下, 格柵的滑動位移與雙面剪應力之間的變化曲線, 如圖3(a) 、圖4(a) 、圖5(a) 、圖6(a) 所示, 可以看出, 各組試樣在拉拔至1~3mm 時均開始出現(xiàn)拐點, 隨后曲線光滑地變化, 接近于雙直線。根據(jù)曲線出現(xiàn)明顯轉折處, 確定其極限拉拔力T d 。將極限拉拔力除以雙面的面積, 求出抗剪強度 p =T d (2LB ) , 繪制出 p 與各級法向應力p 之間的曲線 [4] , 如圖3(b) 、圖4(b) 、圖5(b) 、圖6(b) 所示。 圖3 EG90R 在白河堡粘土中拉拔試驗曲線Fig. 3 Pull out test curve of EG90R in clay of Baihepu 圖4 E G90R 在天津耳閘粘土中拉拔試驗曲線Fig. 4 Pull out test curve of E G90R in clay of Erzha in Tianji ng 選用EG130R 單向格柵和EG65R 單向格柵在砂礫料中進行了拉拔試驗。繪制出每個法向應力作用下, 格柵的滑動位移與雙面剪應力之間的變化曲線, 如圖7(a) 和8(a) 所示。對于EG130R 型格柵, 在150kPa 和200kPa 正壓力下, 格柵最后被拉斷; 對于EG65R 型格柵, 在75kPa 和100kPa 正壓力下, 格柵最后被拉斷?？梢娗€經(jīng)常表現(xiàn)為臺階狀。在法向壓力較高時, 格柵最后被拉斷; 法向壓力較小時, 格柵在較大位移時拉拔力達到峰值。繪制 70水 力 發(fā) 電 學 報2006年 圖5 E G65R 在砂質(zhì)粉土中拉拔試驗曲線 Fig. 5 Pull out test curve of E G65R in sandy silt 圖6 EG65R 在粉細砂中拉拔試驗曲線 Fig. 6 Pull out test curve of EG65R in fine sand 出抗剪強度 m 處的拉拔力作p 與各級法向應力p 之間的曲線, 如圖7(b) 和8(b) 所示, 圖中, 實線部分為取L =4m 為設計拉拔力的強度包線, 虛線部分為極限拉拔力的強度包線。 圖7 EG130R 在砂礫料中拉拔試驗曲線 Fig. 7 Pull out test curve of EG130R in grail 圖8 EG65R 在砂礫料中拉拔試驗曲線 Fig. 8 Pull out test curve of EG65R in grail 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4 拉拔試驗強度指標 Table 4 Strength index of direct shear test 填料白河堡粘土天津耳閘粘土砂質(zhì)粉土粉細砂砂礫料 格柵種類EG90R EG90R EG65R EG65R EG130R EG65R c kPa 1 6106068 8(0) 45(0) (?) 6 348 313 315 6(29 4) 11 3(29 2) 71 試驗得出的不同種類填料和不同格柵之間的強度指標如表4所示, 其中砂礫料強度指標中, 括號內(nèi)為設計強度指標, 括號外為極限拉拔強度指標。 粘土與格柵間接觸面抗剪強度很低, 以粘土為填料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。其中, 天津耳閘粘土是在飽和后進行的拉拔試驗, 不固結快拔試驗! 僅為4?, 可見飽和土樣的接觸面抗剪強度更 低。砂質(zhì)粉土和粉細砂與格柵間接觸面抗剪強度稍 高于粘土。格柵在粘土、砂質(zhì)粉土、粉細砂中的拉拔曲線特征均為:在拉拔至1~3mm 時開始出現(xiàn)拐點, 隨后曲線光滑地變化, 接近于雙直線。 砂礫料與格柵間接觸面抗剪強度較高, 對于拉拔力較大的格柵, 砂礫料是合適的填料。由于該砂礫料級配不均勻, 隨著格柵被拉拔, 其結點及橫肋處的砂礫料被推動, 大顆粒被卡住而產(chǎn)生更大的咬合抗力。所以拉拔曲線呈臺階狀。而且在法向壓力較高的情況下, 格柵最后被拉斷。從試驗結果分析, 在L =4mm 處的拉拔力大體上相當于其初始移動時的拉拔強度, 可以把它作為設計強度指標。 試驗結果表明, 土與格柵之間的作用主要是橫肋及節(jié)點與土顆粒間的咬合, 在細顆粒土中這種咬合作用很弱, 而格柵的有效面積又較小, 因而接觸面的抗剪強度很低(低于土本身強度) ; 在砂礫料中這種咬合力成為主要阻力, 有時甚至形成類似錨拉的結構形式, 其極限抗剪強度包線就會出現(xiàn)較大的假粘聚力, 或在低壓力下內(nèi)摩擦角高達50?以上, 與國外一些試驗結果(1982年, Ingold 做的土工格柵與砂石的拉拔試驗摩擦角為40~71?) 一致。

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