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土工格栅的直剪试验试验结果与分析

2015-09-21

    一般外用于测定土工合成材料与土之间的界面特性的方法有直剪摩擦试验和拉拔试验。随着土工合成材料技术的发展,各种高强度的土工合成材料,如单向土工格栅、经编土工格栅得到了广泛的应用,填料种类也有所改变。
下文为了掌握土工格栅这类网孔筋材与填料的界面特性,密切结合工程实际,选取工程中常用的TGDG130型单向聚乙烯土工格栅,CATT双向聚丙烯土工格栅作为加筋材料,以依托工程现场土作为填料,采用直剪摩擦试验研究影响土工格栅与填料的界面特性因素,对所得到试验结果进行评价,并探讨了不同格栅与填料在剪切速度对界面剪应力峰值强度的影响,为工程设计或数值分析提供较为的参数。
 
   土工格栅的直剪试验试验结果与分析:

1、压实度对界面特性的影响

   从试验结果得到压实度大小对填土和筋土界面抗剪强度有较大的影响,主要表现在粘聚力、内摩擦角的变化,压实度从90%提高到93%,未加筋土体内摩擦角、粘聚力值分别提高了1.68和1.6,加筋土体内摩擦角、粘聚力值分别提高了-1.21和4.92,筋土界面的内摩擦角提高幅度较填土体大。由于压实度越大土颗粒与土工格栅表面接触紧密,增大颗粒与土工格栅之间的接触面,同时也提高了土工格栅网孔之间土体的密实度,因此,内摩擦角随着压实度增加而提高,而粘聚力变化规律难以判定。

2、土工格栅孔径对界面特性的影响

   试验结果得到不同孔径土工格栅的界面参数大小,由试验结果可以看出:土工格栅孔径对界面特性确实有影响。孔径与粘聚力的关系不明显与摩擦角的关系存在一定规律,有一个zui佳孔径就试验的4种格栅孔径,孔径为15cm时,筋土界面的摩擦角zui大。所试验的填料d50为7.5mm,从试验中可以看出土工格栅孔径与筋土界面摩擦角的关系,当土工格栅孔径比值大于0.075以后,筋土界面摩擦角降低很快,当比值在0.04和0.075之间时,可以获得较大的摩擦角。某一种级配填料可以找到一种合适孔径的土工格栅进行加筋,获得zui佳效果。在实际工程应用时,应当注意土颗粒粒径与格栅孔径的匹配,在设计时,可采用d50土工格栅孔径之比作为设计控制指标之一,取值大小在0.05左右。

3、含水量对界面特性的影响

    加筋土工程不可避免会受到水的影响,大量的工程实践表明,加筋土工程病害与填土含水量变化密切相关。本次试验考虑了三个不同含水量的情况,其大小分别为7.32%、10%、12%,其中7.32%为土体的zui佳含水量,土工格栅采用孔径为15cm。从剪切的过程来看,只有含水量为12%的土体在加载的过程,土体中有水从直剪盒的底部以及中间开封渗出,说明该土体含水量为12%的时候,土体接近饱和,因此对于研究土体在饱和状态的条件下的界面强度有很重要的参考价值。无论是填土还是布置土工格栅以后加筋土体,界面内摩擦角随着含水量的增加而降低,当含水量超过10%以后,降低幅度明显增大。填土在zui佳含水量7.32%的时候内摩擦角高达35.8°,当土体含水量增加到12%时,内摩擦角降到27°。

4、填土压实度和含水量、土工格栅孔径均对筋土界面强度有影响
 
   填土压实度越大,界面摩擦角越大;填土含水量越高,界面摩擦角越小;存在一个zui佳的土颗粒粒径与格栅孔径的匹配,获得zui大的界面摩擦角,就试验的情况,当土工格栅孔径比值在0.05左右时zui佳。筋土界面摩擦角通常稍小于土体内摩擦角。除高含水量为12%情况外,一般情况下,摩擦系数比基本介于0.82到0.95之间,与国内外的有关试验结果基本一致。填土含水量对筋土界面摩擦角有重要影响。就试验的情况,填土接近饱和时,筋土内摩擦角降低18.5%,摩擦系数比为0.51。因此,应重视加筋土工程的排水,在潮湿多雨地区或高液限粘土作为填土材料时,应根据筋土界面摩擦试验,确定筋土界面强度参数,或采用低的界面摩擦系数。

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