土工格柵在公路工程中的試驗(yàn)研究

肉孜江木沙

(新疆公路與橋梁總公司第一工程處)

土工格柵在公路工程中的試驗(yàn)研究

肉孜江木沙

(新疆公路與橋梁總公司第一工程處)

主要是通過進(jìn)行拉拔試驗(yàn)分析不同填料與格柵之間的相互作用。土與格柵之間的相對位移較大時(shí)，土與格柵的兩面都發(fā)生了相對位移，進(jìn)行拉拔試驗(yàn)比較合適。法向應(yīng)力增大，拉拔試驗(yàn)的剪應(yīng)力的最大值以及相對應(yīng)的位移量都后不同程度的提高。

土工格柵;直剪摩擦試驗(yàn);拉拔試驗(yàn)

1 土工格柵與土的界面摩擦特性的試驗(yàn)方法

1.1 拉拔試驗(yàn)的工作原理

試驗(yàn)儀器各部件應(yīng)符合以下規(guī)定：試驗(yàn)箱選用矩形箱，箱子的側(cè)壁應(yīng)保證足夠的剛度，箱體的尺寸一般不小于25 cm×20 cm×20 cm。箱的一側(cè)壁應(yīng)開有5 mm的水平窄縫，主要是為了使試樣可以通過，窄縫邊安裝插板，可上下抽動(dòng)防止土粒外漏，調(diào)整窄縫的大小。試驗(yàn)的時(shí)候上盒固定，下盒滑動(dòng)，土工格柵應(yīng)完全覆蓋并固定在下盒上，用夾持器夾上格柵，以防止在試驗(yàn)過程中脫落。對儀器進(jìn)行加荷的時(shí)候，施加法向壓力的裝置應(yīng)一直保持恒壓，施加水平荷載的裝置進(jìn)行應(yīng)變控制進(jìn)行加荷。對法向和水平力的測量一般選用拉壓力傳感器，加荷的過程中產(chǎn)生的位移可用位移傳感器或是百分表來測量。

土工格柵作為加筋材料應(yīng)用于公路中，主要通過格柵肋條的抗拉強(qiáng)度來發(fā)揮作用的。因此在拉拔試驗(yàn)的過程中，對格柵的抗拉強(qiáng)度及變形量進(jìn)行分析研究對于加筋工程非常重要。通過大量的工程總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)來看，格柵本身的材質(zhì)以及實(shí)際工程中的環(huán)境、荷載等因素對其抗拉強(qiáng)度及形變量影響很大。

在室內(nèi)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)是為了項(xiàng)目竣工后加筋的公路可以更好的發(fā)揮作用?，F(xiàn)場試驗(yàn)是為了更好的分析研究加筋土結(jié)構(gòu)的性能是否達(dá)到室內(nèi)拉拔試驗(yàn)的效果。因此如何有效的分析格柵加筋土結(jié)構(gòu)的肋條拉力顯得非常重要。荷載的大小影響著格柵與土之間的作用應(yīng)力大小，為了正確分析格柵與土之間的應(yīng)力-應(yīng)變分布，大多考慮在土質(zhì)介質(zhì)中的拉伸速率和在不同圍壓下對其拉伸強(qiáng)度和拉伸模量的影響。

1.2 影響拉拔試驗(yàn)的因素

(1)拉拔試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)箱壁影響著格柵的拉拔。在施加荷載的過程中，部分荷載被試驗(yàn)箱壁所消耗，導(dǎo)致法向應(yīng)力減少。

(2)速率對拉拔試驗(yàn)有一定的影響。這是由于不同的喇叭速率會(huì)影響孔隙水壓力的高低，快速剪切會(huì)放慢孔隙水壓力的消散，降低摩擦強(qiáng)度。

(3)上下試驗(yàn)箱的厚度對試驗(yàn)結(jié)果也有一定的影響，適當(dāng)?shù)脑黾由舷峦翆拥暮穸葧?huì)使拉拔阻力減少，直到減低到最低拉拔荷載值。

(4)影響拉拔效果的還有土的粒徑大小、顆粒自身的強(qiáng)度、圓滑程度以及密實(shí)度、含水量等。

2 拉拔試驗(yàn)與結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)箱選用的規(guī)格為450 mm×200 mm×200 mm的矩形箱，厚度為8 mm的鋼板焊制而成。在箱的一側(cè)半高處開一條約5 mm的窄縫，使得格柵能從空中拔出。其它的可以按規(guī)程上的要求。

2.2 試驗(yàn)材料

所用的土工格柵是山東大庚玻纖有限公司生產(chǎn)。填料采用的是礫石土、干粗砂和蘭州黃土等。

2.3 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果如圖1和表1所示，圖1分別為格柵在砂礫土、粗砂、黃土的拉拔曲線。

圖1 土工格柵在填料中的拉拔試驗(yàn)曲線

表1 拉拔試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)試樣中的與曲線呈非線性關(guān)系。界面剪應(yīng)力的最大值以及對應(yīng)的拉拔位移量隨著法向應(yīng)力的增大而增大，原因是格柵埋在土中，沿著長度方向的格柵從施加水平力開始，由于土的作用產(chǎn)生抗拔阻力，格柵上覆蓋土越多，壓力越大，達(dá)到抗拔力的最大值也就越長，產(chǎn)生的位移量越大。

(2)土工格柵與砂礫土、粗砂及黃土的摩擦系數(shù)分別為0.534，0.471，0.394。

從摩擦系數(shù)，我們可以看出：法向應(yīng)力相同的情況下，砂礫土嵌固作用最好，粗砂其次，黃土最不好。

(3)在拉拔試驗(yàn)過程中，土工格柵與粗砂及黃土之間產(chǎn)生了粘聚力，與粗砂的粘聚力為4.72 kPa，與黃土的粘聚力為4.32 kPa。這兩個(gè)值分別小于規(guī)范規(guī)定的值，所以并不穩(wěn)定，在實(shí)際工程中計(jì)算錨固長度時(shí)可以忽略。而礫石土與格柵之間產(chǎn)生了很大的粘聚力，值為12.6 kPa，原因是顆粒直徑大，格柵孔之間對顆粒產(chǎn)生“鎖定”作用，起到了固定顆粒土的效果。

(4)摩擦系數(shù)比可以反映物體之間的作用效果，從表中可以看出：格柵與這三種填料的摩擦系數(shù)都小于1，表明格柵與填料之間的作用面試薄弱滑動(dòng)面，所以在實(shí)體工程中進(jìn)行拉拔試驗(yàn)是很有必要的。

(5)含水量會(huì)影響填料與格柵之間的抗剪強(qiáng)度。從表中可以看出：格柵與黃土的抗剪強(qiáng)度隨著含水量的增加而減少。接觸面的方向應(yīng)力隨著含水量的增大而增大。

3 結(jié)束語

通過針對新疆庫爾勒地區(qū)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，分別添加砂礫土、粗砂、黃土等填料。研究結(jié)果顯示：在拉拔試驗(yàn)中，黃土的界面剪切特性不及砂礫土和粗砂。它的這種特性與試驗(yàn)剪切速率、填土的物理和力學(xué)性質(zhì)、以及現(xiàn)場的試驗(yàn)技術(shù)等有關(guān)。通過摩擦系數(shù)可以看出：格柵與砂礫土、粗砂、黃土等填料都是薄弱滑動(dòng)面，進(jìn)行實(shí)體工程時(shí)需進(jìn)行演算它的抗滑穩(wěn)定性。格柵與填黃土的抗剪強(qiáng)度隨著含水量的增加而減少。接觸面的方向應(yīng)力隨著含水量的增大而增大。因此對黃土進(jìn)行加筋的設(shè)計(jì)施工中要嚴(yán)格控制含水量的變化。

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1008-3383(2012)06-0044-01

2011-12-25