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1 試驗儀器、材料和試驗方法 1 1 試驗儀器 本試驗采用清華大學巖土工程研究所自行研制的大型土與結構接觸面循環加載剪切試驗機(TH 20t CSASSl) 上進行, 如圖1所示, 該設備實現了加載和測量的自動化, 加載按位移控制。 拉拔試驗車的內部尺寸45c m 36cm 25cm(長 寬 高) , 直剪試驗車的內部尺寸49cm 36 5cm 26 5cm, 如圖2 所示。 [5] 圖1 TH 20t CS ASSI 設備圖Fig. 1 Equipment photo of TH 20t CS ASSI 圖2 試驗設備示意圖Fig. 2 Sketch of test apparatus 1 2 試驗材料 試驗采用的土工格柵為青島頤中股份有限公司生產的EG65R 、EG90R 、EG130R 單向土工格柵, 橫肋間距為25cm, 其主要的技術指標如表1所示。 粘土分別采用白河堡粘土和天津耳閘粘土, 粉土采用奧林匹克水上公園現場的砂質粉土, 土的性質如表2所示。其中白河堡粘土和粉土按照最優含水量制備, 然后按照相關規范, 取擊實度為90%, 分層擊實制備試樣。而天津耳閘粘土則按最優含水量、90%擊實度制樣后, 在下部充水至飽和再進行試驗。為模擬現場工況, 拉拔試驗均采用不固結快速拉拔試驗。 表1 單向土工格柵的技術指標 Table 1 Technical index of single direction plastic geogrid 筋材種類EG130R EG90R EG65R 3 表2 粘土和粉土的技術指標Table 2 Technical index of clay and silt 最優含水量w o p 白河堡粘土天津耳閘粘土 粉土 3 由質控拉伸試驗質控抗拉 m) 強度 測得的抗拉力 (kN kN m 2%應變5%應變1368864 5 3823 716 1 75 545 230 9 峰值20! 蠕變 應變 極限強度 %k N m 11 511 511 5 493425 5 最大干密度 max 1 7g cm 31 69g cm 31 61g cm 3 液限 w l 塑限w p 塑性指數I p 14 912 35 0 17%17 5%19 0% 32%17 1%30 1%17 8%27 5%22 5% 在奧運水上公園工程中, 靜水賽道需挖出砂質粉土及粉細砂300多萬m , 而填筑動水賽道需土60~70萬m , 如何使用挖方棄土作為加筋土坡填方是一個主要課題。粉細砂取自奧林匹克水上公園現場, 技術指標見表3。粉細砂的干密度 含水量關系曲線沒有呈現明顯的峰狀, 在10%~16%含水量時, 擊實干密度對于含水量不 3 敏感, 最大干密度為1 60g cm , 制樣時按含水量16%, 90%擊實度分層制樣。 砂礫料取自贛龍鐵路現場, 其級配不均勻、不連續, 含有較多的大顆粒。剔除大于40mm 的顆粒以后的技術指標見表3。其最大干密度為2 107g cm , 最小干密度為1 654g cm 。按照有關規范, 試樣相對密度取為D r =0 7, 相應試樣干密度 d =1 947g cm 。分層擊實制備試樣。 第6期湯 飛等:單向塑料土工格柵與土界面作用特性的試驗研究 表3 粉細砂和砂礫料的技術指標Table 3 Technical index of fine sand and grail 顆粒組成 mm 特征粒徑 mm d 60 0 15d 6011 d 500 13d 507 5 d 300 095d 300 95 d 10 0 065d 100 13 C u 2 3184 6 C c 69 粉細砂砂礫料 >0 210%>1041 6% 0 2~0 0583%10~127 9% 0 05~0 005<0 0056 5%0 5%1~0 07524 5% <0 0756% 0 930 63

3 直剪試驗 選用EG65R 單向格柵在白河堡粘土中進行了直剪試驗。繪制出每個法向應力作用下, 小車的水平位移與摩擦力之間的變化曲線, 如圖9(a) 所示, 可以看出各組試樣在位移至4~6mm 時均開始出現拐點, 曲線接近于雙曲線。根據曲線出現明顯轉折處, 確定其極限摩擦強度, 即抗剪強度。根據求出抗剪強度繪制出 p 與各級法向應力p 之間的曲線, 如圖9(b) 所示。 圖9 EG65R 與粘土直剪試驗曲線 Fig. 9 Direct shear test curve between EG65R and clay 可見E G65R 單向格柵與白河堡粘土間的直剪摩擦強度指標為:c =6 3kPa, ! =21 2?, 接近土本身的強度指標。這比拉拔測得的拉拔強度指標(c =1 6kPa, ! =6 3?) 高很多, 這是由于格柵肋之間的空隙并且格柵有一定的厚度, 使得鐵板與土間摩擦和土與土之間的摩阻力占了很大比例。 4 拉拔強度指標和直剪強度指標的選用 對于EG65R 單向格柵與白河堡粘土, 其拉拔摩擦強度指標為c =1 6kPa, ! =6 3?, 其直剪摩擦強度指標為c =6 3kPa, ! 21 2?, 兩者數值上有很大差別。 在加筋結構中, 如果滑裂面形狀如圖10(a) 所示, 貫穿整個加筋材料, 此時若沿滑裂面破壞, 則破壞形式表現為筋材拉斷或從土中拔出的破壞, 故設計錨固長度時, 應取拉拔強度指標。如果滑裂面形狀如圖10(b) 所示的復, 72水 力 發 電 學 報2006年出的破壞, 計算時仍取拉拔強度指標; 底部則表現為上部土體沿格柵接觸面的滑動破壞, 所以計算底部滑裂面時 選用直剪強度指標較為合理。 圖10 滑裂面示意圖 Fig. 10 Sketch of slip face 5 結論 (1) 如果在夾具頭測水平位移, 可能包含有夾具與格柵的滑動位移, 縫口與夾具之間格柵的拉伸變形等, 位移偏大; 而由于格柵剛度較大, 所以在試樣后部測水平位移較為合理。 (2) 粘土與格柵接觸面抗剪強度很低, 不能提供足夠的錨固力, 尤其是對于拉拔力較大的格柵及孔壓未能充分消散的情況, 以粘土為填料是不合適的。而粉土和粉細砂接觸面抗剪強度較低, 不容易壓實且易液化, 也不是很合適的填料。如果選用它們作填料, 應注意排水。 (3) 砂礫料中格柵的拉拔強度曲線會出現臺階現象及極限強度的非線性, 這是由于拉拔過程中孔眼間的大顆粒砂礫的咬合和位移調整造成的。取格柵后部水平位移L =4m m 的強度作為設計拉拔力是較為可靠的。 (4) 砂礫料與格柵間抗拔阻力以咬合為主, 所以接觸面抗剪強度較高, 在法向壓力較高的情況下, 格柵甚至被拉斷, 拉斷時的單位長度拉力稍小于格柵產品的強度標準值。 (5) 若整體沿滑裂面破壞時表現出格柵的拉拔破壞, 設計錨固長度時應采用拉拔抗剪強度指標; 若沿復合滑裂面破壞時會出現沿格柵接觸面的滑動破壞, 此時宜用直剪抗剪強度指標。 參考文獻: [1] 吳景海, 陳環, 王玲娟, 等. 土工合成材料與土界面作用特性的研究[J].巖土工程學報, 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] 馬學寧, 楊有海. 土工格柵與土界面特性的試驗研究[J].蘭州鐵道學院學報, 2003, 22(4) :88~90. [4] 馬存明, 周亦唐, 廖海黎, 等. 塑料土工格柵加筋土抗拉拔特性試驗研究[J].中國鐵道科學, 2004, 25(3) : 36~39. [5] 張嘎, 張建民. 大型土與結構接觸面循環加載剪切儀的研制及應用[J].巖土工程學報, 2003, 25(2) :149~ 153. [6] Ingold T S. Laboratory pullout testing of grid reinforcement in sand[J]. Geotechnical Testing Journal, 1983, 16(3) :

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