土工格室拉伸及界面剪切力学性能试验研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:arsenallei
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随着“十四五”规划明确加快建设交通强国的提出,我国交通基础设施建设突飞猛进。其中土工合成材料是把握“双碳”背景下加快交通基础设施建设中不可或缺的一种新型工程材料。土工格室作为一种新型三维蜂窝状土工合成材料以其优良的工程特性、显著的经济优势和成功的性能在岩土工程建设中发挥着积极作用。然而,目前对土工格室的研究主要集中在工程应用等方面,而对土工格室的组成包括土工格室条带、土工格室结点以及土工格室单元整体的拉伸力学性能鲜有研究。此外,土工格室对加筋土界面剪切性能的影响也有待深入研究。为此,论文在既有研究的基础上,以土工格室为研究对象,通过开展一系列室内试验对土工格室的拉伸及界面剪切力学性能展开深入研究。研究结果可为土工格室性能的评估及加筋结构的设计提供参考。论文主要研究内容与成果如下。(1)通过对高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)和聚酯(PET)条带开展单轴拉伸试验,研究了试样形状、宽度对条带拉伸力学性能的影响。通过梯形撕裂试验研究了有无切缝、切缝位置、切缝长度及试样宽度等因素对坡肩处HDPE、PET条带撕裂力学性能的影响。结果显示:HDPE、PP、PET条带的伸长率均对试样形状敏感,Ⅰ型-哑铃形小于Ⅱ型-矩形试样;试样宽度对PP条带抗拉强度的影响大于HDPE、PET条带。切缝对PET梯形试样撕裂力的损伤程度较HDPE大,PET、HDPE梯形试样的切缝损伤系数分别为0.69、0.38。切缝长度、试样宽度对HDPE、PET梯形试样的峰值撕裂力均有显著影响。(2)通过对焊接、插接、铆接以及注塑四种结点开展一系列试验研究,研究了不同结点对所依托条带拉伸力学性能的影响,观察了结点不同受力模式下的失效特征,并通过引入“强度保持率”、“变形保持率”、“结点强度发挥率”评价了结点的相对性能。结果表明:试验用焊接结点对HDPE条带力学性能的保持以及性能的协调发挥最优。结点的失效特征取决于结点附近条带的材质、抗拉强度与构成结点本身材料强度相互抗衡的结果。焊接、注塑结点强度分别取决于剥离强度、剪切强度,而插接、铆接结点强度同时取决于剪切和剥离强度。(3)通过开展一系列整体拉伸试验研究了格室高度、结点间距以及拉伸速率单因素及多因素交互作用对土工格室单元整体拉伸力学性能的影响,表征研究了土工格室变形前后的拉伸性能演化,并构建了条带、结点与土工格室单元整体强度之间的相互关系。结果表明:格室高度对HDPE焊接型、PP插接型土工格室单元整体抗拉强度影响显著,表现为随格室高度的增加而增大。两种类型土工格室单元整体抗拉强度对结点间距的敏感性均随格室高度的增加而减小,对格室高度的敏感性均随结点间距的增加而增大。表征土工格室变形后,其整体抗拉强度显著降低。在本文试验条件下,HDPE焊接型土工格室单元双轴整体抗拉强度可取HDPE条带抗拉强度的9.5%或取对拉作用下焊接结点强度的14.0%。(4)通过对土工格室开展一系列直剪试验研究了法向应力、格室规格及表征土工格室变形对筋土界面剪切力学性能的影响,并通过引入“加筋强度系数”评价了不同试验工况对加筋土剪切性能的影响。结果表明:土工格室通过对格室内土体产生环向约束以及对格室周围一定范围的土体产生间接约束间接提高剪切强度,其对界面似黏聚力影响显著。土工格室剪切强度随格室高度的增加、结点间距的减小而增大,其中格室高度对界面剪切强度的贡献较结点间距更为显著。加筋结构设计时,不仅需要考虑土工格室本身强度的折减系数,还需考虑界面剪切强度相对应的折减系数。
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