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      1. 拉拔試驗(yàn)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展

        時(shí)間:2024-10-24 08:40:00 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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        拉拔試驗(yàn)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展

        摘 要:加筋土界面的摩擦特性是加筋土技術(shù)的熱點(diǎn)和難點(diǎn),是徹底弄清加筋機(jī)理和建立加筋土體系的關(guān)鍵。許多學(xué)者做了大量的試驗(yàn)和理論研究工作,取得了一些成果,但由于筋土界面摩擦特性的因素多,情況復(fù)雜,加之由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備及的限制,有許多還未能徹底搞清楚。本文介紹了目前國(guó)內(nèi)外在此問(wèn)題上的一些研究成果,著重了試驗(yàn)的影響因素、存在的問(wèn)題及今后方向。

        關(guān)鍵詞:加筋土 界面摩擦特性 拉拔試驗(yàn) 土工格柵
        一、概述

        現(xiàn)代加筋土技術(shù)是由法國(guó)工程師HemiVida1于20世紀(jì)60年代首先提出的,并于20世紀(jì)80年代初引入我國(guó),現(xiàn)已在水利、鐵路、公路、港口和建筑工程中得到大量,解決了許多土木工程中的技術(shù)難題,取得了良好的和效益,因而該技術(shù)得以蓬勃發(fā)展。

        加筋土結(jié)構(gòu)中,筋土間的摩擦特性對(duì)結(jié)構(gòu)的性狀有著十分重要的影響。工程應(yīng)用中,筋土間的摩擦特性通常由室內(nèi)摩擦(剪切)試驗(yàn)、拉拔試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)足尺試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。前者主要用于驗(yàn)算筋土界面的抗剪切強(qiáng)度,后者則用來(lái)確定土中筋材受拉時(shí)的抗拔強(qiáng)度。目前,用于加筋土技術(shù)的筋體材料大致可分為兩類,一類是剛度較大的剛性筋材,如各種鋼筋質(zhì)的條帶;另一類是剛度較小的柔性筋材,如各種土工織物及土工格柵。從目前應(yīng)用來(lái)看,以柔性筋材居多。一般認(rèn)為,對(duì)剛度較小的土工合成材料,用直剪摩擦試驗(yàn)確定其強(qiáng)度參數(shù)較符合實(shí)際;對(duì)剛度較大的材料,則采用拉拔試驗(yàn)更適宜。

        二、拉拔試驗(yàn)研究現(xiàn)狀

        有關(guān)拉拔試驗(yàn)的作用機(jī)理、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)方法及取值標(biāo)準(zhǔn),國(guó)內(nèi)外仍處于探索階段,目前還沒(méi)有推出一種標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)設(shè)備,大多是結(jié)合直剪摩擦試驗(yàn),將同一儀器略加改進(jìn)來(lái)實(shí)施拉拔試驗(yàn)。拉拔試驗(yàn)的原理是摩擦作用,通過(guò)施加正應(yīng)力,使筋材與土體之間緊密結(jié)合,從而利用彼此界面上的靜摩擦力抵抗外力(拉拔力)。研究表明,筋材在填料土體中的實(shí)際有效受拉長(zhǎng)度(產(chǎn)生摩擦作用的長(zhǎng)度)與拉拔力大小是有關(guān)的,試驗(yàn)測(cè)得的筋材剛被拉動(dòng)瞬間的拉拔力視為界面摩擦強(qiáng)度,不同性質(zhì)的填土及不同規(guī)格和材質(zhì)的加筋材料,其界面摩擦強(qiáng)度是不一樣的。影響拉拔試驗(yàn)結(jié)果的因素很多,主要有以下幾個(gè)方面:土與盒(箱)壁間的摩擦作用、填料的壓實(shí)度、填料的含水量、拉拔速度、筋材水平埋入長(zhǎng)度等。目前,用于拉拔實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析方法主要有極限平衡法和有限元法。極限平衡法原理簡(jiǎn)單但不能分析破壞過(guò)程中筋土產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移,無(wú)法給出拉拔破壞前筋材產(chǎn)生的位移和應(yīng)變的充分信息。而有限元法比較適合分析筋材在土中的位移、應(yīng)變和變形破壞,能模擬試驗(yàn)過(guò)程,并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)加以處理,其分析結(jié)果的可靠性也依賴于不同的因素,如有限元種類、用于建立不同加筋土模型的本構(gòu)關(guān)系和本構(gòu)模型的參數(shù)等。

        三、拉拔試驗(yàn)?zāi)壳叭〉玫闹饕晒鞍l(fā)展方向

        1.拉拔試驗(yàn)?zāi)壳叭〉玫闹饕晒?BR>
        目前,國(guó)內(nèi)有許多學(xué)者做過(guò)筋土界面的摩擦特性研究,采用不同加筋材料結(jié)合不同性質(zhì)的填料土做拉拔試驗(yàn),得到了一系列具有價(jià)值的結(jié)論。西南大學(xué)的何友芳等人做了土工格柵與銅礦尾礦界面作用特性的實(shí)驗(yàn)研究,獲得了筋土之間的剪切強(qiáng)度系數(shù)(C、Φ)、似摩擦系數(shù)f*等結(jié)果,并對(duì)它們的影響因素進(jìn)行了分析與探討。昆明理工大學(xué)的黃英等人做了不同排水條件加筋紅土三軸試驗(yàn)研究,他們以玻璃纖維和土工布作為加筋材料,對(duì)比研究了紅土在三種不同排水條件下加筋前后的抗剪強(qiáng)度特性。天津市政工程研究院的吳景海用5種不同種類的國(guó)產(chǎn)土工合成材料為加筋材料,以砂和石灰粉煤灰為填料進(jìn)行拉拔試驗(yàn),比較了各種土工合成材料與填料的界面摩擦特性。中南大學(xué)的徐林榮、呂大偉等人做了筋土界面參數(shù)的拉拔試驗(yàn)過(guò)程劃分研究;提出了當(dāng)量拉拔位移的概念,并將筋土界面的拉拔試驗(yàn)過(guò)程劃分成可獲取不同位移狀態(tài)下筋土界面參數(shù)的兩大部分和三個(gè)階段,據(jù)此,可合理獲取適用于極限平衡和工作力狀態(tài)下的筋土界面參數(shù)。上海大學(xué)的張鵬等人針對(duì)土工織物筋土接觸面的軟化和塑性流動(dòng)現(xiàn)象,根據(jù)拉拔試驗(yàn)的結(jié)果,提出了剪應(yīng)力與位移關(guān)系的三階段彈塑性模型,并通過(guò)有限差分法進(jìn)行求解,得到了拉拔試驗(yàn)中的非線性位移、應(yīng)變、拉力和剪應(yīng)力等參量。此外,上海交大的肖朝昀、王建華等人還做了土工織物拉拔試驗(yàn)接觸面的蠕變研究,探討了接觸面蠕變對(duì)筋材應(yīng)力及位移的影響。最后,要著重提到的是長(zhǎng)沙理工大學(xué)為實(shí)施西部膨脹土課題研究開(kāi)發(fā)了大型數(shù)控拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)。新開(kāi)發(fā)的拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)由拉拔測(cè)試主機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、壓力伺服控制系統(tǒng)及壓實(shí)與起吊輔助設(shè)備4部分組成。 設(shè)備有5大主要特點(diǎn):①具有較大的尺寸;②加載方式;③實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)測(cè)量及數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化;④夾具的設(shè)計(jì)有創(chuàng)新;⑤試驗(yàn)輔助設(shè)備齊全。經(jīng)試驗(yàn)操作表明,該儀器性能穩(wěn)定,使用效果良好,所得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可信。

        2.目前拉拔試驗(yàn)的發(fā)展方向

        拉拔試驗(yàn)的目的是研究土與土工合成材料的界面性質(zhì),必須準(zhǔn)確記錄試驗(yàn)中所施加的壓力、拉力和土工合成材料的水平位移,因此,試驗(yàn)的測(cè)試系統(tǒng)至關(guān)重要。因此,開(kāi)發(fā)大型的數(shù)控拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)迫在眉睫,它也是拉拔試驗(yàn)研究的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。人們已經(jīng)注意到筋材的加筋作用不僅發(fā)生在接觸面和界面上,而且還發(fā)生在界面以外的土體內(nèi),使筋材周圍一定范圍內(nèi)的土體形成了“加筋土體”。也就是說(shuō)加筋的主要作用在于增強(qiáng)了土的整體性,使土由散體變?yōu)橛幸欢ㄟB續(xù)性的介質(zhì),正是它構(gòu)成了土中加筋的機(jī)理所在。然而,如何通過(guò)拉拔試驗(yàn)對(duì)此加以驗(yàn)證,是當(dāng)前土工合成材料界面特性研究急待解決的難題。此外,對(duì)柔性邊界條件的模擬也越來(lái)越受到關(guān)注。初期研制的絕大多數(shù)拉拔儀,格柵是在試驗(yàn)箱剛性前壁端零位移條件下被拔出,然而在現(xiàn)實(shí)的加筋土結(jié)構(gòu)中,不少采用格柵反包形成設(shè)計(jì)坡面,并非剛性支護(hù),考慮到實(shí)際工程中這種柔性邊界條件,日本的Nagaoka University of Echnology的Sugimoto M和Alagiyawanna A N N在箱體前壁加上一氣囊作為柔性支撐,可以更好的模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,并且發(fā)現(xiàn)其測(cè)試結(jié)果(格柵端部的應(yīng)力應(yīng)變)也與剛性支撐有一定的差異。


        四、拉拔試驗(yàn)存在的及建議

        目前,拉拔試驗(yàn)在筋土界面摩擦特性方面主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:1,試驗(yàn)儀器的問(wèn)題。到目前為止,還沒(méi)有形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的拉拔試驗(yàn)儀器,目前拉拔試驗(yàn)大都是在經(jīng)改裝的直剪儀上進(jìn)行,由于儀器的尺寸受到限制,加之量測(cè)的誤差,導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。2,筋土界面摩擦特性的因素太多,十分復(fù)雜。目前,很多拉拔試驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行,填料也是事先設(shè)計(jì)好的,這里就存在一個(gè)問(wèn)題,如何選擇填料,使試驗(yàn)中的筋土界面能夠模擬實(shí)際工程中的筋土界面特性。否則,我們做出來(lái)的試驗(yàn)結(jié)果適用性不大。3,缺乏系統(tǒng)和全面的拉拔試驗(yàn)。目前,雖然很多人做過(guò)筋土的拉拔試驗(yàn),但都是針對(duì)一個(gè)具體方面的研究,沒(méi)有對(duì)拉拔試驗(yàn)各個(gè)影響因素或者說(shuō)試驗(yàn)元素進(jìn)行全面系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。因此,導(dǎo)致在實(shí)際工程中,往往缺乏相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)!4,與試驗(yàn)研究相對(duì)工程實(shí)際明顯的滯后。到目前為止,對(duì)于加筋機(jī)理還不十分清楚,主要是缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這就導(dǎo)致在實(shí)際工程中,缺乏理論的指導(dǎo),有時(shí)候往往是憑經(jīng)驗(yàn)或者并不可靠的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工,這也給我們的工程帶來(lái)安全隱患。

        針對(duì)以上問(wèn)題,我們因該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行努力:首先,我們應(yīng)該盡快研制出標(biāo)準(zhǔn)化及化的拉拔試驗(yàn)儀器,畢竟試驗(yàn)儀器決定了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性,并且制定相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)程。目前的試驗(yàn)規(guī)程過(guò)于簡(jiǎn)單化。新的試驗(yàn)規(guī)程應(yīng)該包括:儀器設(shè)備、筋體材料、填料性質(zhì)、試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果的記錄與分析等。其次,我們應(yīng)該進(jìn)行多種工況下的拉拔試驗(yàn)研究,研究不同加筋材料在各種不同性質(zhì)填料中的界面特性。弄清楚各種因素的影響范圍、程度及機(jī)理,將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理、規(guī)范化,制成手冊(cè),以供設(shè)計(jì)和施工人員之用。最后,我們還是應(yīng)該多多結(jié)合工程實(shí)際,將理論研究與工程實(shí)際緊密聯(lián)系起來(lái),有條件的時(shí)候,可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的原位試驗(yàn),從而得到更符合實(shí)際的可靠的數(shù)據(jù)來(lái)有效的指導(dǎo)我們的施工。

        五、結(jié)語(yǔ)

        隨著加筋土技術(shù)的不斷及廣泛,研究筋土界面特性的拉拔試驗(yàn)必然得到重視及發(fā)展,相信隨著機(jī)科學(xué)的發(fā)展,拉拔試驗(yàn)儀器將會(huì)被研發(fā)出來(lái),試驗(yàn)方法也將會(huì)得到改進(jìn)。隨著試驗(yàn)手段的進(jìn)步,我們必將最終弄清加筋土的加筋機(jī)理,從而建立系統(tǒng)完善的加筋土設(shè)計(jì)理論與方法,更好的指導(dǎo)我們的加筋土工程的施工,為我們的土木工程事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。



        參考

        [1] 楊和平,萬(wàn)亮,譚波.土工格柵拉拔試驗(yàn)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展.長(zhǎng)沙學(xué)院學(xué)報(bào),2006年3月.第22卷第1期.

        [2] 何友芳,尹光志,張東明.土工格柵與銅礦尾礦界面作用特性的實(shí)驗(yàn)研究.重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào).2006年4月.第28卷第2期.

        [3] 黃英,符必昌,金克盛,等.不同排水條件加筋紅土三軸試驗(yàn)研究.昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版).2006年2月.第31卷第1期.

        [4] 吳景海.土工合成材料界面作用特性的拉拔試驗(yàn)研究.巖土力學(xué).2006年4月.第27卷第4期.

        [5] 徐林榮,呂大偉,顧紹付.筋土界面參數(shù)的拉拔試驗(yàn)過(guò)程劃分研究.巖土力學(xué).2004年5月.第25卷第5期.

        [6] 肖朝昀,王建華,紀(jì)剛.土工織物拉拔試驗(yàn)接觸面的蠕變研究.建筑技術(shù)開(kāi)發(fā).2004年5月.第31卷第5期.

        [7] 張鵬,王建華,陳錦劍.土工織物拉拔試驗(yàn)中筋土界面力學(xué)特性.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào).2004年6月.第38卷第6期.

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