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加筋材料性能要求优化方案

更新时间:2025-01-10 工作计划 版权反馈
【摘要】:5.2.3.4耐久性作为高分子合成物,土工材料的性能强烈地受紫外线的影响。

就加筋材料而言,加筋的效果大致取决于以下的因素。

(1)筋材的抗拉强度和应力应变关系。

(2)筋材的抗拉刚度。

(3)筋材的粗糙度以及与土体的咬合性能。

(4)筋材的抗温度、抗老化性能和耐久性。

(5)筋材的使用环境,以及抵抗恶劣环境(包括施工环境)的能力。

(6)其他(如排水的要求)。

上述的要求是从加筋的功能要求和土工合成材料本身的性能特点出发的。作为一种人工合成的高分子材料,其性能虽有一些固有的弱点,但主要受人为的因素控制,其性能和质量在很大程度上取决于制造商和单价。那些为了追求低价,而选用低质量和不均匀加筋材料的做法是不可取的,对土工加筋工程尤其如此。

5.2.3.1 抗拉强度和延伸率

在加筋土中,筋材是一种受拉构件,因此它应具有较大的抗拉强度和较小的延伸率。换句话说,筋材应在土体发生较小的伸长变形时,其抗拉强度就能发挥出来(例如有些工程要求,当伸长应变为1.0%时,其发挥的抗拉强度应不少于20kN/m)。为此,加筋材料多采用塑料(高密度聚乙烯HDPE)或玻纤土工格栅、加筋带或复合加筋带(在金属丝外包裹聚丙烯、聚乙烯材料形成复合加筋带)、土工格室、加筋纤维以及有纺织物等强度较大、变形较小的土工加筋材料。

5.2.3.2 摩擦特性

筋材与土之间的相互作用,包含摩擦特性和咬合特性,是加筋土得以起加筋作用的基本原因,因此,它是加筋土的一个重要性质。(www.xing528.com)

试验表明,筋材与土之间的摩擦系数取决于表面的糙度、土的类别、土的性质等因素。例如,筋材与砂土的摩擦角φR,当剪切位移较大时,可能会大于砂土本身的内摩擦角φs。而筋材与黏性土之间的摩擦角则常常小于黏性土的内摩擦角φC。因此,为了增大加筋作用应尽可能使砂性材料与筋材接触。工程中常采用室内摩擦试验、抗拔试验或现场足尺试验等方法来测定加筋土的摩擦特性。

5.2.3.3 蠕变特性和应力松弛特性

当荷载不变时,变形随时间而增长的现象,称为蠕变(creep)。当变形控制不变时,材料所受的应力随时间减小的现象,称为应力松弛(relexation)。

土工材料具有较显著的蠕变和应力松弛特性。在土工材料工程的设计中不注意考虑这种特性会使工程不安全,甚至在长期运用的条件下发生破坏。因为这种特性会影响筋材强度和刚度(模量)。为此,设计中往往对极限抗拉强度要打一定的折扣作为设计允许抗拉强度,或者在材料的无侧限的拉伸应力—应变关系曲线上,一般可取相应于应变5%的拉伸力作为设计值。土工材料的蠕变特性与材料的种类有关,聚酯类材料蠕变性能较低,而聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)的则要高些。

总而言之,蠕变和应力松弛是加筋工程设计中的一个重要问题,尤其对于灵敏黏土上的加筋堤,它往往控制结构物的工后稳定性状(见第11章)。

5.2.3.4 耐久性

作为高分子合成物,土工材料的性能强烈地受紫外线的影响。耐久性是指土工材料抵抗紫外线老化的能力,以及耐酸、碱、盐和生物侵蚀的能力和抗高温、冻融等外部物理因素的能力。解决这个问题的途径:①采用抗老化性能好的原材料,或在原材料中加入抗老化的物质,如加入总量等于2%的炭黑,可改善抗老化性能;②在施工中要及时覆盖,尽量缩短暴露的时间。据多种资料证实,埋于土中或水下的土工材料,在几十年后,仍有60%以上的原始强度。

5.2.3.5 抗磨性

土工合成材料在装卸、铺设时会发生磨损,施工机械碾压时的荷载作用也会产生磨损。同时不同筋材的抗磨性能也有差别,如聚酰胺的抗磨性就比聚酯和聚丙烯要好,扁丝薄型有纺织物抗磨能力很低,而单丝厚型有纺织物具有较强的抗磨能力。

磨损和施工中的其他机械损坏,对土工合成材料完整性和强度的影响,应十分注意。近年,国外有人对它进行了定量研究,将在下一章介绍。

因此在选材时,应根据工程的具体要求,选择相应的性能和种类的材料。在这里有几点特别值得提出:①目前加筋工程的计算方法有许多都是从无加筋的相应工程中推广和延伸过来的,并不完全符合加筋土体的工作机理和实际情况;②计算中的参数要尽可能由试验实测,因为即使同种类的材料,其性能参数也可能有很大的差别,故不可随便套用,尤其重要工程关键性的参数,不宜从手册上的经验数据直接取用;③设计中要考虑材料性能的劣化和蠕变性能的影响;④施工中可能发生破损的影响以及施工质量的影响也必须考虑,并应留有余地。

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