滌綸纖維土工格柵低溫拉伸試驗研究

孫景路,劉麗佳,張 濱

(黑龍江省季節(jié)凍土區(qū)工程凍土重點實驗室,哈爾濱 150078)

0 前 言

土體具有一定的抗壓和抗剪強度,而它們的抗拉強度卻很低,在土內(nèi)摻入或鋪設(shè)適當(dāng)?shù)慕畈暮?可以不同程度地改善土體的強度與變形特征。筋材埋在土體中,可以擴散土體的應(yīng)力,增加土體模量,傳遞拉應(yīng)力,限制土體側(cè)向位移;還增加土體與其它材料之間的摩阻力,提高土體及有關(guān)建筑物的穩(wěn)定性。

在季節(jié)凍土區(qū)擋土墻設(shè)計中,作用于擋土墻上的土壓力通常按庫侖或朗肯理論計算。冬季墻后部分或全部填土處于凍結(jié)狀態(tài),將對墻體產(chǎn)生水平凍脹力,在該力作用下經(jīng)常發(fā)生墻體傾覆、斷裂、位移等破壞,在季節(jié)凍土區(qū)柔性加筋擋土墻可以減少這類凍害引起的工程事故。土工格柵是加筋擋土墻的理想加筋材料,優(yōu)越的加筋效果得到了土木工程界的一致好評。但土工格柵低溫狀態(tài)下拉伸破壞情況未見報道,為此本試驗室開展了不同環(huán)境溫度下的滌綸纖維土工格柵的拉伸試驗,為加筋土擋墻提供設(shè)計依據(jù)。

1 試驗裝置及材料

1.1 試驗裝置

拉力試驗機及采集系統(tǒng):拉伸試驗采用LJ-1000型拉力試驗機;自動采集系統(tǒng)由KQ-LY03型拉力傳感器、WDL-150型位移傳感器及DataTaker數(shù)采系統(tǒng)及計算機組成。

拉力試驗機置于低溫試驗室內(nèi)。試驗室內(nèi)溫度控制范圍為20℃～-35℃,控制精度為±0.5℃。

1.2 試驗材料

本次試驗材料采用規(guī)格為S5050型滌綸纖維土工格柵。其參數(shù)見表1。

表1 試驗用格柵的物理力學(xué)參數(shù)Table1 Physical and mechanical parameters of polyester geogrids

1.3 試樣制備

本試驗采用滌綸纖維土工格柵為雙向格柵,剪取縱向、橫向試樣尺寸為20 cm×7.5 cm,即20 cm為拉伸方向8個節(jié)點,7.5cm為橫向3個節(jié)點,每5個試樣為1組。試樣安裝到拉力試驗機夾具上后,其有效尺寸為10 cm×7.5 cm。

2 試驗內(nèi)容

2.1 試驗?zāi)繕?biāo)

本次試驗擬求得不同環(huán)境溫度對滌綸纖維土工格柵縱向、橫向極限強度與伸長率的影響。

2.2 試驗控制邊界條件

拉伸速率:V=20 mm/min。

拉伸試驗溫度設(shè)定為:-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃。試樣在相應(yīng)的設(shè)定環(huán)境溫度下放置24 h,并在該環(huán)境下試驗。

2.3 拉伸試驗及現(xiàn)象

2.3.1 試驗過程

預(yù)先將試驗室和試件控制要求環(huán)境溫度下,將試件一端先固定到LJ-1000型拉力試驗機下夾具上,再將試件另一端穿過上夾具并人工施加一定拉力,同時擰緊夾具螺絲固定試件。開動拉力機,通過由KQ-LY03型拉力傳感器、WDL-150型位移傳感器、DataTaker數(shù)采儀及計算機組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),全程記錄試件的應(yīng)力、應(yīng)變過程。試驗環(huán)境溫度控制順序為20℃、10℃、0℃、-10℃、-20℃。試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 拉伸試驗結(jié)果統(tǒng)計表Table2 Statistical table of tensile test results

2.3.2 試驗現(xiàn)象

1)試樣受荷初期,隨著拉伸量加大,試樣纖維開始崩斷,變形繼續(xù)加大,一般在應(yīng)力集中處突然斷裂。試樣低溫時比高溫時斷裂的時間用時短。

2)試樣的破壞有時出現(xiàn)一根肋條先斷裂,然后其它兩根隨后斷裂的現(xiàn)象,也有試樣夾持端被拔出或試樣被夾具夾斷等現(xiàn)象,主要是由于試樣夾持力不均勻或不足所致,因此試樣夾持力一定要均勻,同時對試樣施加一定的預(yù)拉荷載是有必要的。

2.4 試驗結(jié)果整理與分析

將10組試樣分別在室溫20℃、10℃、0℃、-10℃、-20℃環(huán)境中進(jìn)行拉伸試驗。本次試驗中為反映客觀性,每組試樣進(jìn)行5個平行試驗,試驗過程數(shù)據(jù)整理見圖1～圖4。

上面4個圖是滌綸纖維土工格柵此次試驗中的縱、橫向測試圖。由圖1可見,滌綸纖維土工格柵縱向上ε延伸率＜13%就破壞,且單位延伸率與強度近似成正比;圖2橫向變化規(guī)律也類似;由圖3可見,同一種滌綸纖維土工格柵,在-20℃～20℃橫向極限拉伸強度小于縱向的極限拉伸強度;圖4在-20℃～20℃橫縱向拉伸強度較大。因此,在實際工程中低溫環(huán)境下,應(yīng)采用滌綸纖維土工格柵的縱向為主要受力方向,使材料能承受土體更大的作用力。

圖1 不同溫度下滌綸纖維土工格柵縱向應(yīng)力應(yīng)變圖Fig.1 Stress-strain curve of vertical polyester geogrids under different temperature

3 結(jié) 論

1)在0℃以上的正溫環(huán)境中,滌綸纖維土工格柵縱向極限強度和伸長率沒有太大的變化,溫度的影響不顯著。

2)滌綸纖維土工格柵縱向、橫向極限強度受低溫的影響不大,強度損失較小;且在-10℃～10℃強度略有增加,有低溫硬化的現(xiàn)象。

3)滌綸纖維土工格柵極限應(yīng)變受溫度影響較大;伸長率在溫度為0℃以上的環(huán)境中變化不大,而在-10℃負(fù)溫環(huán)境中縱向、橫向分別損失14.3%和19.8%;在-20℃負(fù)溫環(huán)境中縱向、橫向分別損失31.6%和39.5%,降低較大,說明材料低溫變脆。

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