塑料土工格栅拉伸特性试验研究

万方数据
对比３种不同型号的ＨＤＰＥ土工格栅的拉伸试 验结果：拉伸速率从５０ ｍｍ／ｍｉｎ降低到０．０５ ｍｍ／ｍｉｎ 时，Ａ型土工格栅峰值应变增加了１４．８７％，对应 的拉伸强度下降了１５．０％；Ｂ型土工格栅峰值应变 增加了２０．７８％，对应的拉伸强度下降了１８．９２％； Ｃ型土工格栅峰值应变增加了２１．４８％，对应的拉伸 强度下降了２１．９６％。由此可见，就土工格栅拉伸 试验样品而言，不同的抗拉强度指标受拉伸速率的 影响程度不同。同一材质的ＨＤＰＥ土工格栅，其抗 拉强度越高，受拉伸速率的影响程度越小。
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圈２土工格橱拉伸试验结果
Ｆｉｇ．２ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｇｅｏｇｒｉｄｓ
杨广庆等：塑料土工格栅拉伸特性试验研究
土类，ｍ掷ｍ．样ｒａｉｎ．。面惫而惫丽鬻痴麓嚣 表２土工格栅拉伸试验结果 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｇｅｏｇｒｉｄｓ
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’源自文库
（ＢｒａｎｃｈｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ｓ埘ｉａｚｈｕａｎｇＲａｉｌｗａｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ．ｓ叫ｉａｚｈｕａｎ９０５００４３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｇｅｏｇｒｉｄｓ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｏｆｔ ｓＷｕｃｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔ，ａｖａｉｌａｂｌｙ ｃｏｎｖｅｒｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｌ＇ｅ ｓｔｒａｉｎ ｔｏ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｌｒｅｓｓ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｆｆａｍＬ Ｔｈｉｓ ｃａｌｌ ｈｅｌｐ ｔ０ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ａｃｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｔｅｓｔｓ．ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ＨＤＰＥ ｇｅｏｇｒｉｄｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅｓ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｍｏｄｕｌｕｓ ｗｉｌｌ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
从试验结果可以看出，ＨＤＰＥ土工格栅的拉伸 强度随拉伸速率的降低而降低，峰值应变随拉伸速 率的降低而增加，从而显示出拉伸速率的大小对土 工格栅的拉伸性能有重要影响。
表１试验用土工格橱的主要技术规格 Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｉｎ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｏｇｒｉｄｓ ｉｎ ｔｅｓｔ
万方数据
第９期
为了研究拉伸速率对土工格栅拉伸性能的影 响，选取了３种高密度聚乙烯（｝玎）ＰＥ）土工格栅 进行了不同拉伸速率（５０，１０，ｌ，Ｏ．１，０．０５ ｒａｍ／ｒａｉｎ） 的拉伸试验研究。
试验在（２０±２）℃恒温和（６０±５）％相对湿 度条件下进行，采用单肋条试验方法。试验过程采 用数控万能试验机控制。
３种型号土工格栅的主要技术规格如表ｌ所 示。表２汇总了不同拉伸速率条件下的试验结果。 图２为不同拉伸速率条件下３种土工格栅的抗拉强 度．应变关系曲线。
减小。试验结果具有较强的实用价值。
关键词；土工格栅；拉伸特性； 室内试验；强度：模量
中图分类号ｌ ＴＵ４７２
文献标识码ｌ Ａ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｅｎｓｉｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｅｏｇｒｉｄｓ
ＹＡＮＧ Ｇｕａｎｇ·ｑｉｎｇ，ＰＡＮＧ Ｗｅｉ，Ｌ０ Ｐｅｎｇ，ＺＨＯＵ Ｑｉａｏ－ｙｏｎｇ
速率最大情况，拉力与延伸率关系近乎直线，在应 变较小时即达到极限拉力，且发生脆性破坏。曲线 Ｄ则是温度最高或应变速率最小时的状况。曲线Ｂ， Ｃ显示两个极端状态的中间状况。由此可看出，高 分子聚合物材料的拉力．延伸率特性受温度及应变 速率的影响显著。
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延伸率，％
Ｆｉｇ．１
圈ｌ土工格橱拉力一延伸率关系曲线
第２９卷第９期 ２００８年９月
文章稿号ｌ １０００－－７５９８－－（２００８）０９—２３８７—０５
岩
土
力
学
Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ
Ｖｂｌ．２９ Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．２００８
塑料土工格栅拉伸特性试验研究
杨广庆，庞巍，吕 鹏，周乔勇
（石家庄铁道学院土木分院，河北石家庄０５００４３）
摘要。进行土工格栅加筋土结构现场试验时，如何将实测应变有效地转换成拉应力对正确分析结构的作用机制具有重要影
响。通过室内试验，研究了不同拉伸速率对３种强度的ＨＤＰＥ土工格栅拉伸性能的影响。试验结果表明：土工格栅的拉伸强
度和拉伸模量随拉伸速率的降低而降低．峰值应变随拉伸速率的降低而增加。土工格栅强度越高，受拉伸速率的影响越小。
在特定的拉伸速率条件下，同一种土工格栅对应２％，５％，１０％应变和峰值应变的拉伸强度依次增大，而拉伸模量却依次
拉伸试验的加载速率要小１０５～１０６数量级。Ｂｏｙｌｅ 等【１３１通过对不同材质的土工织物进行过宽幅低应 变速率的拉伸试验，结果显示，其抗拉强度和拉伸 模量会有所降低。同样结论也被Ｌｅｅ和ＨｏｌｔｚＩｌ４Ｊ ５】 所证实。
当土工格栅作为拉筋用于加筋土结构时，埋置 在土中后，由于其与周围土体的相互作用，在土体 内部，有围压的拉伸特性与无围压时的工程性质会 有所不同，而影响土工格栅在土体介质中拉伸特性 的因素主要包括拉伸速率和围压大小。为正确分析 土工格栅加筋土结构的应力一应变分布情况，应该考 虑土体介质中在施工过程的低拉伸速率和不同围压 大小对其拉伸强度和拉伸模量的影响。
３拉伸速率和周围介质的影响
现场试验作为研究分析土工格栅加筋土结构工 作应力状态下工程性状的主要手段，如何有效地分 析土工格栅加筋土结构的拉筋拉力或者通过现场实 测应变准确地转换成应力至关重要。目前的方法主 要是基于按照各种标准或规范，通过规范中确定的 空气介质中一定拉伸速率条件下的拉伸试验确定各 种参数。而在工程实际中，现场的加载速率较室内
ｄｅｃ“撇ｏｆ ｔｅｎｓｉｌｅ ｒａｔａ；ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｓｌｒａｉｎ ｄｅｃ代冶ｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｒａｔｅ．Ｔｈｅ ｓｗａｉｎ ｒａｔｅ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ
ｏｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｇｅｏｇｒｉｄｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｉ ｔｅｎｓｉｌｅ ｒａｔｅ，Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ２％，５％，１０％ａｎｄ ｐｅａｋ￥Ｕ＇ａｉｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｕｒｎ，ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｍｏｄｕｌｕｓ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｉｎ ｔｕｒｎ．
延伸率是以试样伸长量占原始长度的百分比表 示的。伸长量可直接量测或由试验曲线求取。由于 土工格栅的应力．应变曲线通常是非线性的，拉伸模 量一般是指某一拉力范围内的模量。因土工格栅拉 伸曲线形状不同，拉伸模量的确定方法也不同。
以往人们对土工合成材料拉伸特性的研究主 要以土工织物为主ｆ２叫¨。近年来，虽然土工格栅新 型拉筋材料在加筋土工程中得到广泛的应用，但相 应的试验研究开展的不是很多。有关土工格栅拉伸 试验方法，《土工合成材料测试规程》 （ＳＬ／Ｔ２３５．１９９９）…规定采用单肋条方法，每组样品 不少于１０个，拉伸速率设定为计量长度的２０％／ｍｉｎ。 试验机具应选择具有等速拉伸性能、能测读拉伸过 程中拉力和伸长量或直接记录拉力一伸长关系曲线 的拉力机，同时要求试样的最大断裂力在满量程的 １０％＂－９０％范围内。《公路土工合成材料试验规程》 （ＪＴＪ厂ｒ ０６０．９８）【Ｉ２Ｊ规定，拉伸试验既可采用单肋条 方法，也可采用多肋条方法，但初始拉伸距离应控
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岩土力学
２００８年
增大而增大。因此，在土工格栅加筋土结构施工过 程中，由于现场结构中土工格栅所受拉伸应变速率 较低，拉筋的拉伸模量发挥有限，其数值远小于室 内试验中按照５０ ｍｍ／ｍｉｎ拉伸速率确定的拉伸模 量，而在确定土工格栅加筋土挡墙中拉筋的拉伸模 量时，必须选择相应的拉伸速率所对应的合适的拉 伸模量。
制在１００咖长或一个完整格栅（包含两条横肋）
长度，且设定拉伸速率为５０ ｍｍ／ｍｉｎ。ＡＳＴＭ标准 Ｄ．６６３７．０１对土工格栅拉伸试验进行了明确规定， 可以采用３种试验方法：单肋条试验方法、多肋条 单样品试验方法以及多肋条、多样品试验方法。单 肋条试验方法每组样品不少于６个；多肋条试验方 法中样品宽度不小于２００ ｉｌｌｍ，且不少于５根肋条。 样品长度大于３００ ｍｍ或者包含３条横肋长度，拉 伸速率设定为计量长度的１０％／ｒａｉｎ。根据试验结 果，分别计算出试样的抗拉强度、延伸率和拉伸模 量。
图４为２％，５％，１０％应变对应的拉伸强度及 极限拉伸强度与拉伸速率的关系曲线。图５为２％， ５％，１０％应变对应的拉伸模量及极限拉伸模量与 拉伸速率的关系曲线。
从图４、图５可以看出，对应某一特定拉伸速 率的同一种土工格栅而言，２％，５％，１０％应变、 峰值应变对应的拉伸强度依次增大，而拉伸模量却 依次减小。同一土工格栅的拉伸模量随拉伸速率的
万方数据
岩
土
力
学
２００８芷
２土工格栅的拉伸特性指标
抗拉强度作为土工格栅应用于加筋土结构中最 重要的指标，是以单位宽度所承受的拉力表示的， 单位为ｋＮ／ｍ或Ｎ／ｍ。土工格栅的抗拉强度与测定 时试样的宽度、形状、约束条件等有关，必须在标 准的规定条件下进行测定。国际上主要以单肋条强 度测试或宽幅强度测试为依据ｕ】。
Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｅｎｓｉｌｅ－ｓｔｒａｉｎ ｏｆ ｇｅｏｇｒｉｄｓ
收稿日期：２００６－１ｌ－２７ 基金项目：河北省自然科学基金资助项目。（Ｎｏ．Ｅ２００６０００３９３）。 作者简介：杨广庆，男．１９７１年生。工学博士．教授，主要从事岩土工程方面的教学和研究工作．Ｆ－ｍａｒｌ：ｇｔｓｙａａｇ＠１６３．ｃｏｍ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｅｏｇｒｉｄｓ；ｔｅｎｓｉｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｉｎｄｏｏｒ ｔｅｓｔ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｍｏｄｕｌｕｓ
１ 引言
土工格栅作为拉筋材料应用于加筋土结构时， 主要是通过其抗拉强度来承受由土体转移的荷载而 发挥其工程作用的。因此，抗拉强度及其变形特征 是土工格栅的重要特性指标。塑料土工格栅一般由 高分子聚合物组成，其材质对抗拉性能有很大的影 响。测试时的环境（温度）及测试速率也会直接影 响到测试的应力．应变曲线结果，而应力．应变曲线 又影响到材料延伸率及拉伸模量的确定。测试温度 与应变速率不同，其应力一应变关系有明显的变化。 图１为土工格栅拉力与延伸率关系示意图。图中曲 线分别代表４种典型条件的关系曲线。同一种聚合 物材料在不同的试验温度及应变速率条件下可能呈 现图示的４种拉伸曲线。曲线Ａ为温度最低或应变
在空气介质和土体介质中土工格栅的拉伸试
验表吲１６－１８】：两种介质中材料的拉伸模量大致相
等。在工作应力状态下，土工格栅在土体介质中的 拉伸模量较空气介质中的拉伸模量增大幅度约在 ５％以内。对于土工结构物来讲，这个误差是允许 的。因此，可以将空气介质中土工格栅的拉伸试验 结果应用到土体介质环境下。
４土工格栅拉伸性能试验研究
土工格栅是由高分子聚合物组成的，具有明显 的流变特性。在加载初期，阻尼的黏滞性较强，而 整个模型的拉伸模量会增加。加载速率越大，阻尼 的黏滞特性越明显，拉伸模量越大。而当拉伸速率 较低时，分子位置有足够时间进行调整，能量除一 部分转化为热能外，一部分被阻尼结构吸收，从而 使材料的抗拉强度降低。
图３为在各种拉伸速率条件下，峰值应变与拉 伸速率的关系曲线。图中明显显示，峰值应变随拉 伸速率的增大而降低；材料的抗拉强度越高，降低 幅度越小；在同一拉伸速率条件下，土工格栅的抗 拉强度越低，其峰值应变越高。