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3 直剪试验 选用EG65R 单向格栅在白河堡粘土中进行了直剪试验。绘制出每个法向应力作用下, 小车的水平位移与摩擦力之间的变化曲线, 如图9(a) 所示, 可以看出各组试样在位移至4~6mm 时均开始出现拐点, 曲线接近于双曲线。根据曲线出现明显转折处, 确定其极限摩擦强度, 即抗剪强度。根据求出抗剪强度绘制出 p 与各级法向应力p 之间的曲线, 如图9(b) 所示。 图9 EG65R 与粘土直剪试验曲线 Fig. 9 Direct shear test curve between EG65R and clay 可见E G65R 单向格栅与白河堡粘土间的直剪摩擦强度指标为:c =6 3kPa, ! =21 2?, 接近土本身的强度指标。这比拉拔测得的拉拔强度指标(c =1 6kPa, ! =6 3?) 高很多, 这是由于格栅肋之间的空隙并且格栅有一定的厚度, 使得铁板与土间摩擦和土与土之间的摩阻力占了很大比例。 4 拉拔强度指标和直剪强度指标的选用 对于EG65R 单向格栅与白河堡粘土, 其拉拔摩擦强度指标为c =1 6kPa, ! =6 3?, 其直剪摩擦强度指标为c =6 3kPa, ! 21 2?, 两者数值上有很大差别。 在加筋结构中, 如果滑裂面形状如图10(a) 所示, 贯穿整个加筋材料, 此时若沿滑裂面破坏, 则破坏形式表现为筋材拉断或从土中拔出的破坏, 故设计锚固长度时, 应取拉拔强度指标。如果滑裂面形状如图10(b) 所示的复, 72水 力 发 电 学 报2006年出的破坏, 计算时仍取拉拔强度指标; 底部则表现为上部土体沿格栅接触面的滑动破坏, 所以计算底部滑裂面时 选用直剪强度指标较为合理。 图10 滑裂面示意图 Fig. 10 Sketch of slip face 5 结论 (1) 如果在夹具头测水平位移, 可能包含有夹具与格栅的滑动位移, 缝口与夹具之间格栅的拉伸变形等, 位移偏大; 而由于格栅刚度较大, 所以在试样后部测水平位移较为合理。 (2) 粘土与格栅接触面抗剪强度很低, 不能提供足够的锚固力, 尤其是对于拉拔力较大的格栅及孔压未能充分消散的情况, 以粘土为填料是不合适的。而粉土和粉细砂接触面抗剪强度较低, 不容易压实且易液化, 也不是很合适的填料。如果选用它们作填料, 应注意排水。 (3) 砂砾料中格栅的拉拔强度曲线会出现台阶现象及极限强度的非线性, 这是由于拉拔过程中孔眼间的大颗粒砂砾的咬合和位移调整造成的。取格栅后部水平位移L =4m m 的强度作为设计拉拔力是较为可靠的。 (4) 砂砾料与格栅间抗拔阻力以咬合为主, 所以接触面抗剪强度较高, 在法向压力较高的情况下, 格栅甚至被拉断, 拉断时的单位长度拉力稍小于格栅产品的强度标准值。 (5) 若整体沿滑裂面破坏时表现出格栅的拉拔破坏, 设计锚固长度时应采用拉拔抗剪强度指标; 若沿复合滑裂面破坏时会出现沿格栅接触面的滑动破坏, 此时宜用直剪抗剪强度指标。 参考文献: [1] 吴景海, 陈环, 王玲娟, 等. 土工合成材料与土界面作用特性的研究[J].岩土工程学报, 2001, 23(1) :89~93. [2] Bak eer Reda M, Sayed Sayed M, Cates Peter, et al. Pullout and shear tests on geogrid reinforced lightweight aggregate[J].Geotextiles and Geomembranes, 1998, 16:119~133. [3] 马学宁, 杨有海. 土工格栅与土界面特性的试验研究[J].兰州铁道学院学报, 2003, 22(4) :88~90. [4] 马存明, 周亦唐, 廖海黎, 等. 塑料土工格栅加筋土抗拉拔特性试验研究[J].中国铁道科学, 2004, 25(3) : 36~39. [5] 张嘎, 张建民. 大型土与结构接触面循环加载剪切仪的研制及应用[J].岩土工程学报, 2003, 25(2) :149~ 153. [6] Ingold T S. Laboratory pullout testing of grid reinforcement in sand[J]. Geotechnical Testing Journal, 1983, 16(3) :

1 3 试验方法 拉拔试验采取应变控制的方式, 拉拔速率取0 5mm/min。如果在夹具头测水平位移, 可能包含有夹具与格栅的滑动位移, 缝口与夹具之间格栅的拉伸变形等, 所以试验中在格栅的后部用位移传感器测定水平位移。 直剪试验采取应变控制的方式, 剪切速率取0 5mm/min, 土工格栅用环氧树脂粘在光滑铁板上, 将铁板固定在加荷板上。在直剪车的前端放置位移传感器。 2 拉拔试验 选用EG90R 单向格栅在白河堡粘土和天津耳闸粘土中, EG65R 单向格栅在砂质粉土和粉细砂中进行了拉拔试验。绘制出每个法向应力作用下, 格栅的滑动位移与双面剪应力之间的变化曲线, 如图3(a) 、图4(a) 、图5(a) 、图6(a) 所示, 可以看出, 各组试样在拉拔至1~3mm 时均开始出现拐点, 随后曲线光滑地变化, 接近于双直线。根据曲线出现明显转折处, 确定其极限拉拔力T d 。将极限拉拔力除以双面的面积, 求出抗剪强度 p =T d (2LB ) , 绘制出 p 与各级法向应力p 之间的曲线 [4] , 如图3(b) 、图4(b) 、图5(b) 、图6(b) 所示。 图3 EG90R 在白河堡粘土中拉拔试验曲线Fig. 3 Pull out test curve of EG90R in clay of Baihepu 图4 E G90R 在天津耳闸粘土中拉拔试验曲线Fig. 4 Pull out test curve of E G90R in clay of Erzha in Tianji ng 选用EG130R 单向格栅和EG65R 单向格栅在砂砾料中进行了拉拔试验。绘制出每个法向应力作用下, 格栅的滑动位移与双面剪应力之间的变化曲线, 如图7(a) 和8(a) 所示。对于EG130R 型格栅, 在150kPa 和200kPa 正压力下, 格栅最后被拉断; 对于EG65R 型格栅, 在75kPa 和100kPa 正压力下, 格栅最后被拉断。可见曲线经常表现为台阶状。在法向压力较高时, 格栅最后被拉断; 法向压力较小时, 格栅在较大位移时拉拔力达到峰值。绘制 70水 力 发 电 学 报2006年 图5 E G65R 在砂质粉土中拉拔试验曲线 Fig. 5 Pull out test curve of E G65R in sandy silt 图6 EG65R 在粉细砂中拉拔试验曲线 Fig. 6 Pull out test curve of EG65R in fine sand 出抗剪强度 m 处的拉拔力作p 与各级法向应力p 之间的曲线, 如图7(b) 和8(b) 所示, 图中, 实线部分为取L =4m 为设计拉拔力的强度包线, 虚线部分为极限拉拔力的强度包线。 图7 EG130R 在砂砾料中拉拔试验曲线 Fig. 7 Pull out test curve of EG130R in grail 图8 EG65R 在砂砾料中拉拔试验曲线 Fig. 8 Pull out test curve of EG65R in grail 第6期汤 飞等:单向塑料土工格栅与土界面作用特性的试验研究 表4 拉拔试验强度指标 Table 4 Strength index of direct shear test 填料白河堡粘土天津耳闸粘土砂质粉土粉细砂砂砾料 格栅种类EG90R EG90R EG65R EG65R EG130R EG65R c kPa 1 6106068 8(0) 45(0) (?) 6 348 313 315 6(29 4) 11 3(29 2) 71 试验得出的不同种类填料和不同格栅之间的强度指标如表4所示, 其中砂砾料强度指标中, 括号内为设计强度指标, 括号外为极限拉拔强度指标。 粘土与格栅间接触面抗剪强度很低, 以粘土为填料不能提供足够的锚固力, 尤其是对于拉拔力较大的格栅及孔压未能充分消散的情况。其中, 天津耳闸粘土是在饱和后进行的拉拔试验, 不固结快拔试验! 仅为4?, 可见饱和土样的接触面抗剪强度更 低。砂质粉土和粉细砂与格栅间接触面抗剪强度稍 高于粘土。格栅在粘土、砂质粉土、粉细砂中的拉拔曲线特征均为:在拉拔至1~3mm 时开始出现拐点, 随后曲线光滑地变化, 接近于双直线。 砂砾料与格栅间接触面抗剪强度较高, 对于拉拔力较大的格栅, 砂砾料是合适的填料。由于该砂砾料级配不均匀, 随着格栅被拉拔, 其结点及横肋处的砂砾料被推动, 大颗粒被卡住而产生更大的咬合抗力。所以拉拔曲线呈台阶状。而且在法向压力较高的情况下, 格栅最后被拉断。从试验结果分析, 在L =4mm 处的拉拔力大体上相当于其初始移动时的拉拔强度, 可以把它作为设计强度指标。 试验结果表明, 土与格栅之间的作用主要是横肋及节点与土颗粒间的咬合, 在细颗粒土中这种咬合作用很弱, 而格栅的有效面积又较小, 因而接触面的抗剪强度很低(低于土本身强度) ; 在砂砾料中这种咬合力成为主要阻力, 有时甚至形成类似锚拉的结构形式, 其极限抗剪强度包线就会出现较大的假粘聚力, 或在低压力下内摩擦角高达50?以上, 与国外一些试验结果(1982年, Ingold 做的土工格栅与砂石的拉拔试验摩擦角为40~71?) 一致。

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