涤纶纤维土工格栅低温拉伸试验研究

2010-07-06孙景路刘丽佳

黑龙江大学工程学报 2010年1期

孙景路,刘丽佳,张滨

(黑龙江省季节冻土区工程冻土重点实验室,哈尔滨 150078)

0 前言

土体具有一定的抗压和抗剪强度,而它们的抗拉强度却很低,在土内掺入或铺设适当的筋材后,可以不同程度地改善土体的强度与变形特征。筋材埋在土体中,可以扩散土体的应力,增加土体模量,传递拉应力,限制土体侧向位移;还增加土体与其它材料之间的摩阻力,提高土体及有关建筑物的稳定性。

在季节冻土区挡土墙设计中,作用于挡土墙上的土压力通常按库仑或朗肯理论计算。冬季墙后部分或全部填土处于冻结状态,将对墙体产生水平冻胀力,在该力作用下经常发生墙体倾覆、断裂、位移等破坏,在季节冻土区柔性加筋挡土墙可以减少这类冻害引起的工程事故。土工格栅是加筋挡土墙的理想加筋材料,优越的加筋效果得到了土木工程界的一致好评。但土工格栅低温状态下拉伸破坏情况未见报道,为此本试验室开展了不同环境温度下的涤纶纤维土工格栅的拉伸试验,为加筋土挡墙提供设计依据。

1 试验装置及材料

1.1 试验装置

拉力试验机及采集系统:拉伸试验采用LJ-1000型拉力试验机;自动采集系统由KQ-LY03型拉力传感器、WDL-150型位移传感器及DataTaker数采系统及计算机组成。

拉力试验机置于低温试验室内。试验室内温度控制范围为20℃～-35℃,控制精度为±0.5℃。

1.2 试验材料

本次试验材料采用规格为S5050型涤纶纤维土工格栅。其参数见表1。

表1 试验用格栅的物理力学参数Table1 Physical and mechanical parameters of polyester geogrids

1.3 试样制备

本试验采用涤纶纤维土工格栅为双向格栅,剪取纵向、横向试样尺寸为20 cm×7.5 cm,即20 cm为拉伸方向8个节点,7.5cm为横向3个节点,每5个试样为1组。试样安装到拉力试验机夹具上后,其有效尺寸为10 cm×7.5 cm。

2 试验内容

2.1 试验目标

本次试验拟求得不同环境温度对涤纶纤维土工格栅纵向、横向极限强度与伸长率的影响。

2.2 试验控制边界条件

拉伸速率:V=20 mm/min。

拉伸试验温度设定为:-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃。试样在相应的设定环境温度下放置24 h,并在该环境下试验。

2.3 拉伸试验及现象

2.3.1 试验过程

预先将试验室和试件控制要求环境温度下,将试件一端先固定到LJ-1000型拉力试验机下夹具上,再将试件另一端穿过上夹具并人工施加一定拉力,同时拧紧夹具螺丝固定试件。开动拉力机,通过由KQ-LY03型拉力传感器、WDL-150型位移传感器、DataTaker数采仪及计算机组成数据采集系统,全程记录试件的应力、应变过程。试验环境温度控制顺序为20℃、10℃、0℃、-10℃、-20℃。试验数据见表2。

表2 拉伸试验结果统计表Table2 Statistical table of tensile test results

2.3.2 试验现象

1)试样受荷初期,随着拉伸量加大,试样纤维开始崩断,变形继续加大,一般在应力集中处突然断裂。试样低温时比高温时断裂的时间用时短。

2)试样的破坏有时出现一根肋条先断裂,然后其它两根随后断裂的现象,也有试样夹持端被拔出或试样被夹具夹断等现象,主要是由于试样夹持力不均匀或不足所致,因此试样夹持力一定要均匀,同时对试样施加一定的预拉荷载是有必要的。

2.4 试验结果整理与分析

将10组试样分别在室温20℃、10℃、0℃、-10℃、-20℃环境中进行拉伸试验。本次试验中为反映客观性,每组试样进行5个平行试验,试验过程数据整理见图1～图4。

上面4个图是涤纶纤维土工格栅此次试验中的纵、横向测试图。由图1可见,涤纶纤维土工格栅纵向上ε延伸率＜13%就破坏,且单位延伸率与强度近似成正比;图2横向变化规律也类似;由图3可见,同一种涤纶纤维土工格栅,在-20℃～20℃横向极限拉伸强度小于纵向的极限拉伸强度;图4在-20℃～20℃横纵向拉伸强度较大。因此,在实际工程中低温环境下,应采用涤纶纤维土工格栅的纵向为主要受力方向,使材料能承受土体更大的作用力。