土工格栅户外老化试验初步研究

作为一类特殊的高分子材料,土工合成材料越来越广泛地应用于水利、交通、环境工程等各个领域。在其服役期限内,能否保持一定的力学性能对整个工程的稳定性至关重要。研究高分子土工合成材料的老化性状,从而准确预测土工合成材料在各种环境条件下的使用寿命,已成为目前岩土工程的研究热点之一。在长江科学院土工合成材料户外老化试验基地开展了HDPE土工格栅的户外光氧老化试验。试验结果表明:在9个月内,土工格栅的拉伸强度基本保持不变甚至还有增高的趋势,这可能是由于高分子内部的二级反应补偿了紫外线的老化。紫外线提供了化学交联所需的能量,使得聚合物分子发生交联反应,轻微的收缩导致织物纤维被拉紧,使强度增大。这使得土工格栅强度在前期(9个月)得到一定程度的改善。9个月后,强度开始降低。本老化试验基地的远期研究成果可提供长时序土工合成材料老化性能物理力学指标的第一手资料。     

玻纤土工格栅的抗拉性能研究

通过对玻璃纤维土工格栅在不同温度条件下的拉伸试验和不同老化时间后的拉伸试验,得到其拉伸断裂强度和断裂伸长率等数据。试验数据分析表明：玻璃纤维土工格栅的断裂强度随着温度的增加而增加,但在10 ℃时存在突变。玻璃纤维土工格栅的断裂伸长率随着老化时间的增长而下降,经过一定老化时间后趋于稳定值。玻璃纤维土工格栅极限伸长率较低,其适应变形能力较差,特别是低温环境中。     

土工格栅与饱和细砂的界面特性试验研究

筋土界面特性是加筋土结构设计的重要技术指标,是揭示土工合成材料加筋机理的关键。采用GDS界面剪切仪研究了剪切速率、竖向应力及网孔尺寸对土工格栅与饱和细砂界面特性的影响。试验结果表明:剪切速率较小(≤1.0 mm/min)时,剪切速率对界面抗剪强度影响不大;剪切速率在1.0~10 mm/min范围内,随着剪切速率的增大,界面抗剪强度先增大后减小;界面抗剪强度随着竖向应力的增加而增大,竖向应力增强了土工格栅对土颗粒的嵌锁作用,限制了土颗粒的剪切移动,从而提高了土体的抗剪强度;剪切速率为1.0 mm/min,竖向应力较小(50~100 kPa)时,小网孔尺寸土工格栅加筋效果更明显;剪切速率为0.1 mm/min,竖向应力较大(200~300 kPa)时,大网孔尺寸土工格栅加筋效果更明显。研究结果对土工格栅在加筋土中的应用具有参考价值。     

土工合成材料土中与空气中抗拉强度对比

针对土工合成材料土中与空气中抗拉性能的差异性,研制了一台土工合成材料土中拉伸试验机.该试验机采用可移动套筒以保证测试材料一直处于土体中,减少甚至消除填土与夹具之间的摩擦,使测得的试样受拉力值更为精确;采用双光杆滑动轨道以保证夹具与套筒的低摩阻定向移动.该试验机能进行土工合成材料土中、空气中以及侧限拉伸试验,还能进行拉拔...     

复杂地形条件下填方路基稳定性分析与设计

土工格栅加筋土路基是一项重要的技术革新, 对于提高公路质量、节约工程用地、保护生态环境意义重大。以某山区高速公路土工格栅高填方路基为对象, 采用简化Bishop法和楔形体法对其稳定性进行了分析, 并选择极限抗拉强度为90 kN/m的单向HDPE土工格栅作为加筋材料, 对36 m高边坡进行加筋设计。根据最终设计方案, 简化Bishop法得出最小安全系数K为1.32, 楔形体法得出最小安全系数K为1.45, 可以看出, 在复杂地形条件下, 可采用土工格栅加筋来改善高填方路基的稳定性, 使其稳定安全系数可以满足相关标准的要求;同时, 应结合实际工程特点, 通过合理调整筋材布置来提高填方路基的可靠性。     

格栅加筋土工作机理的试验研究

加筋土的设计理论落后于工程实践,为了改变这种现状,必需弄清加筋机理。采用大型叠环式剪力仪进行了土工格栅的拉拔试验,分析了格栅与填土之间界面的特性,它是了解加筋作用的关键。研究表明,界面产生了2方面的影响：界面本身的摩阻力对土体侧向变形的约束作用增强了土体抗变形的能力;界面对筋材两侧一定范围内土体的应力状态进行了改变。前者可称为直接加筋作用,后者可视为对土体的间接加固作用。这种间接加固是由于界面受剪时扰动了界面两侧一定范围土体内的颗粒,促使加筋土体强度的增大。试验测得了这种影响范围的大小,它有助于确定筋材布置的合理间距。同时进行了仿真的数值分析,加强了对上述加筋机理的认识。通过三轴试验,对由筋材、填土和界面组成的加筋土体的整体性状也进行了研究。上述成果将为建立合理的设计方法提供理论依据。     

HDPE土工格栅在有约束条件下的蠕变特性试验

土工格栅的蠕变特性是影响其在永久性加筋土结构中应用的重要因素之一。目前,大多数蠕变试验是在无约束条件下进行的,与格栅在加筋土结构中应用的状态和条件有明显差别。采用HDPE土工格栅进行了一系列在砂土中不同荷载水平下的侧限约束蠕变试验,获得了格栅在砂土中的蠕变发展规律;并与无约束(在空气中)的蠕变试验成果相对比,结果表明,侧限约束可以显著减小格栅的蠕变量。     

多土工格栅与土的界面摩擦特性试验研究

土工格栅是一种新型的加筋材料,目前有关土工格栅机理的研究较少,处于理论落后于工程实际的状态。通过直剪摩擦试验和拉拔摩擦试验对土工格栅（包括塑料格栅和经编格栅）与粗粒土（砂砾、砂和残积土）之间的界面摩擦特性进行了研究,同时还采用有纺土工布进行了对比试验。试验结果表明,与早期普遍采用的有纺土工布加筋材料相比,无论是强度、延伸率、界面摩擦系数,土工格栅都具有明显的优点,尤以土工格栅配合碎石类填料的效果最好,它可以产生摩擦、咬合、嵌锁等综合作用。     

新长铁路混凝土挡墙加筋格栅试验

混凝土挡墙 (板 )加筋格栅现场试验结果表明 ,嵌入式和拉环式两种格栅挡板均可行 ,但推荐采用嵌入式 .现场试验的格栅强度要比室内试验低 30 %～ 40 % .     

螺旋锚和土工合成材料修复膨胀土渠坡实例

介绍了玻璃钢螺旋锚、土工格栅、土工泡沫和土工合成材料黏土垫(GCL)在修复河南邓州市膨胀土渠道滑坡中的应用。玻璃钢螺旋锚用来锚固水上坡的混凝土框架梁和水下坡的混凝土板,土工格栅提高渠坡抗整体滑动的安全系数,土工泡沫用以减小混凝土板衬砌下的膨胀力,GCL用作混凝土板下的防渗垫层。文中给出设计方法、监测方案和修复工程的竣工情况,还将玻璃钢螺旋锚方案与其他修复方法,如换填非膨胀土法、抗滑桩法以及土工格栅分层加筋法做了技术和经济比较,说明了该法的优越性。     

经编土工格栅拉伸性能测试技术研究

对现行土工格栅拉伸性能测试标准进行了系统的比较,总结了经编土工格栅拉伸性能测试中存在的问题,并进行了经编土工格栅拉伸性能试验研究,分析了初始夹具距离、拉伸速率和夹持时夹具钳口内加衬垫保护与否对拉伸性能的影响。得到的拉伸性能随初始夹具距离、拉伸速率和夹持时夹具钳口内加衬垫保护与否的变化规律,解释了拉伸性能测试中发现的问题。     

土工织物加筋尾矿砂界面力学特性试验研究

为研究土工织物加筋尾矿砂界面力学特性,在不同的尾矿砂含水率、试验拉拔速率和竖向压强下开展一系列土工布及土工格栅的拉拔试验。比较相同条件下的土工格栅与土工布拉拔试验结果可知:土工布对细粒尾矿砂的加筋效果优于土工格栅的加筋效果,竖向压强较大时两者的拉拔力峰值差值增大;随尾矿砂含水率增加,界面剪应力峰值明显减小,界面剪应力峰值在含水率1.2%时比含水率8.4%时增加50%以上,表观黏聚力先增加后减小,在最优含水率附近时达到最大,界面摩擦角先快速减小后缓慢减小;随试验拉拔速率增加,界面剪应力峰值缓慢增加,表观黏聚力先增加后减小,界面摩擦角先减小后增加;各工况下剪应力峰值均随竖向压强的增大而增大。研究结果可为土工织物加筋尾矿坝工程设计提供参考。     

台阶式加筋挡墙验算的对比分析

采用加筋挡墙设计软件MSEW3.0, 对台阶式加筋挡墙不同平台宽度、上下墙高度的变化以及采用综合坡率法等几种不同工况下加筋土挡墙稳定性进行验算, 对比分析计算所需筋材长度和所需筋材强度的变化以及不同工况下所需筋材用量的不同。土工格栅筋材的用量随上墙高度的增大而减少。一定范围内, 随平台宽度的增大, 计算所需的每延米挡墙土工格栅筋材的数量逐渐减少;但是随着平台宽度的继续增大, 计算所需土工格栅筋材的数量逐渐增加。综合坡率单级加筋挡墙比对应的台阶式加筋挡墙所需的每延米土工格栅筋材的数量少, 而且随着平台宽度的增加, 采用综合坡率单级加筋挡墙的土工格栅筋材节省量显著增加。     

堆石料与土工格栅间拉拔特性试验研究

针对目前土石坝工程中最常采用的双向塑料焊接土工格栅和双向涤纶经编土工格栅,采用大型拉拔试验设备完成了两种格栅在堆石料中的拉拔试验,以研究其与堆石料的相互作用机制及加筋效果。试验结果表明：拉拔位移较大时,塑料焊接格栅的格栅节点达到极限强度而发生剥离破坏,造成拉拔力的阶梯式衰减,节点强度是控制界面强度的重要因素且法向作用的荷载大小对节点强度的影响不大;而涤纶经编格栅拉拔力“硬化”现象明显,试验初段,由于格栅材质柔度较大,横肋阻力作用不明显,抗拉拔力由纵肋摩阻力和节点端承阻力提供,经过较大的拉拔位移后,格栅节点并未发生剥离破坏。     

混凝土用有机硅渗透剂耐紫外老化性能研究

处于恶劣环境中不加以保护的钢筋混凝土会发生腐蚀破坏,从而影响结构物耐久性。有机硅渗透剂是钢筋混凝土表面防护常见的物质。有机硅渗透剂由烷基烷氧基硅烷（或硅氧烷）组成,分子结构中的碳碳键、碳氢键键能低,均会被紫外辐照的能量破坏而断裂,从而失去憎水性。对涂布3种有机硅渗透剂(LS-A(BS1701), LS-B(70% BS1701 &30% BS290)和LS-C(异辛基硅烷膏体)）的砂浆试块进行了2 600 h耐紫外老化试验,通过跟踪记录涂布有机硅渗透剂砂浆试块的吸水率和表面疏水性的变化过程,以此间接反映有机硅渗透剂的耐老化性能。另外,通过研究紫外老化后经打磨的混凝土表面憎水性变化,探明紫外辐照对混凝土毛细孔内的有机硅渗透剂的影响。结果显示:与LS-A和LS-C相比,LS-B有机硅渗透剂具有最好的憎水性和耐紫外老化性能;LS-A和LS-C在老化600 h内吸水率和接触角变化较小;吸水率的变化趋势与接触角的变化趋势存在相关性;紫外老化2 600 h后的试块经表面打磨处理后,接触角有一定程度的恢复。根据试验结果可推测得出,硅氧烷主链上较多的小烷基数目有助于提升有机硅渗透剂的耐老化性能;硅烷的较大烷基则有利于有机硅渗透剂的初期耐老化性能;混凝土毛细孔内部的有机硅渗透剂基本没有受到紫外线的辐照影响。     

加筋粗粒土强度的试验研究

针对加筋土工程设计中面临的问题,对加筋粗粒土强度的形成和特征进行了分析,针对性的分析了关于加筋土强度试验研究的情况,用大型三轴试验的方法测定了加筋煤矸石的强度指标,验证了分析结果。分析表明,加筋土结构是系统性的整体结构,其强度由加筋材料和被加筋土体共同作用而成,在加筋土体均质情况下,加筋土强度具有均一性,目前规范中将两者作用分开考虑的方法存在先天不足;在未破坏情况下,加筋材料自身强度对加筋土的强度影响不大;加筋材料的结构形式、刚度对加筋结构的强度有明显影响。     

低荷载水平下土工格栅加速蠕变试验

由于常规蠕变试验持续时间长,且对试验环境的温度、湿度等条件具有严格要求,因此常规蠕变试验方法耗时长、费用高;同时常规蠕变试验不能预测设计使用年限内的蠕变特性,为此提出了加速蠕变试验的短期时温叠加法。运用短期时温叠加法原理,通过利用室内三头电子蠕变试验机,对高密度聚乙烯(HDPE)土工格栅进行了10%,20%,30%荷载水平下3组短期蠕变试验,预测了该土工格栅在低荷载水平下的长期蠕变特性。结果表明:土工格栅在10%,20%,30%低载荷水平下的长期蠕变应变值较低,其中在10%载荷水平下的长期(10⁶ h)应变值维持在2%以内;短期时温叠加法可以用相对更短的时间来预测土工格栅的长期蠕变应变及刚度值。该研究可为工程实际应用提供依据。     

土工格栅加筋砂土三轴试验离散元细观分析

以室内单层加筋三轴试验结果为基础,建立离散元PFC3D三轴试验数值模型,并与室内三轴试验结果进行验证对比,分析加筋层数变化对抗剪强度指标及细观参数的影响,探讨加筋土接触力的变化规律及筋材加筋作用的宏细观机理。研究结果表明:加筋三轴试样的峰值强度、黏聚力和内摩擦角随着加筋层数的增加而增大,但是其增幅会逐渐减弱,并且三轴试样在低围压条件下的加筋效果比高围压时要显著。三轴试样颗粒滑动比的数值随着轴向应变的增加发生了显著的起伏变化,反映三轴试验过程中发生了明显的接触滑移和旋转现象。由于筋材的摩擦嵌固约束作用,加筋试样中部区域的孔隙率和滑动比数值相对波动较小,对应中部外侧周围的接触力明显小于纯砂三轴试验情况,加筋材料发挥了扩散应力增强约束砂土的加筋作用。     

粉煤灰筑坝的动力特性试验研究

利用振动三轴仪对饱和粉煤灰的动模量、阻尼比和动强度进行了试验,研究了动应变、固结压力、试样密度、初始剪应力等影响因素。试验结果表明,动模量随动应变增减成倍成量级增减,并随固结压力、试样密度、初始剪应力增减而增减,阻尼比随应变增大而增大。抗液化强度随固结压力、试样密度、初始剪应力的增加而增加,但初始剪应力的增加量是有一定限度的。     

高速公路软基路堤填筑期安全监测分析

广东深汕高速公路某段路堤为软土地基，采用袋装砂井加预应力土工布或土工格栅来进行排水预压加固处理。填筑期的安全监测分析研究成果表明：由于拖打砂井土体扰动，地基土强度降低２０％左右，路堤填筑期约束，土体固结度为６６．３％，采用土工布或土工格栅加固地基，能调整地基应力，均化应力分布，提高地基承载力，减少地基失稳机率。最后对施工控制指标进行了探讨。