土工合成材料土中拉伸试验研究

徐海娟

扬州市建筑工程质量检测中心有限公司江苏扬州225000

摘要：伴随着我国科学技术水平的不断发展和进步，综合国力和经济水平也在不断的提高，从而使得城市化建设的脚步日益加快，土木工程行业得到了很大的发展空间，从实际的角度来讲，在当前的土木工程当中，土工合成材料加筋技术逐渐获得了非常广泛的应用，并且对于整个工程的施工效果和质量产生着极为重要的影响。从目前的情况来看，土工合成材料土的测试水平较低，测试的方式也比较单一。就土工合成材料在空气当中的拉伸测试而言，其测试环境与实际施工当中的受力条件之间存在着很大的差异。本文以土工合成材料土中拉伸测试为主线，进行简要的分析和描述。

关键词：土工合成材料；土中拉伸试验

经过相关人员的调查和研究发现，土工合成材料加筋工程对于经济、环境以及工程自身都会带来很大的效益，因而使之能够在世界各地的工程当中得到广泛的应用。从目前的情况来看，土工合成材料在建筑工程当中的浅基础地基、陡坡以及挡墙等部分的施工当中应用最为广泛。所谓加筋结构，其主要是由填土、加筋土工合成材料以及一些附属的材料所构成，在这其中，土工合成材料的物理性质、结构性质、填土工程性质、筋土界面力学等方面的可靠性和稳定性都产生着极为重要的影响。下文围绕土工合成材料土中拉伸试验展开一系列的讨论。

1土工合成材料概念

所谓土工合成材料，其主要是将其用于实际加筋的工程当中，能够对整个结构的稳定性和可靠性产生重要的影响，其主要原因在于筋材和土体之间相互作用而产生的力学效应。有关专家对此进行深入的分析和研究，总结出了一系列潜在筋土界面的破坏机制，如图：

通常情况下，进行对加筋结构进行计算之时主要采用的强度参数通常是根据工程经验或者是一些比较简单的试验所得，从而使得参数取值与实际不符的情况出现。出现这一问题的主要原因在于工程实践对土工合成材料的拉伸强度过于强调，而对筋材自身的割线模量有所忽略。根据当前现有的规范，割线的模量实际上指的是土工合成材料单位宽度的负荷值以及特定伸长率的比。通常情况下，土工合成材料在实际使用的过程当中并不会处于极限的状态，正因为如此，所得出的拉伸强度只是在工程建设当中对加筋结构的极限破坏状态进行考虑，而对土工合成材料的作用机理并没有进行过多的参考。在一定的条件之下，可以将土工合成材料的割线模量看作材料的拉伸模量，其主要反映出的是筋材受到拉力而产生形变的过程。由此对于进行加筋土结构的作用机理和设计施工等相关工作进行更进一步的研究具有非常深远的意义。在一些工程当中，如果对于拉伸形变的要求较高，则可以将拉伸模量较大的土工合成材料进行使用。

2试验设备及材料

2.1土中拉伸试验机介绍

在此次的试验当中所使用的试验机主要是基于面向对象的模块设计理念基础之上，具有较强的可扩展性，能够根据试验要求的不同，有针对性的采用不同的控制方法，或者是以增加辅助模块的方式来进行不同形式的试验。该试验机的主要结构包括：主体框架、夹具套筒、试验箱、移动支架、气压控制系统、试验控制系统、数据采集及现实系统和驱动位移系统等。使用该试验机进行试验工作，操作和过程比较简单。本次实验主要针对五种不同的材料和条件进行拉伸测试，并且每一组都需要进行两次平行测试，如果结果比较接近则取平均值，如果差距较大，需要重新进行试验。

2.2土工合成材料

在本次试验当中，主要采用了五种不同的土工合成材料，其中三种材料属于无纺土工织物，将其分别标记为GT1、GT2和GT3，还有一种为有纺土工织物，将其标记为GT4最后一种是于玻纤土工格栅，将其标记为GG5。除此之外，还需要使用石英砂作为试验材料，将10目至20目以及20目至40目的石英砂按照3：1的比例进行配制，保证其均匀性，对其进行直剪试验，得出内摩擦角为38.17度，对石英砂进行颗粒分析试验，所获得的参数如下：

从土中可以了解，无纺土工织物土中拉伸曲线和空气中拉伸曲线之间存在着很大的差别。空气当中的拉伸曲线处于平稳上升的状态，而土中拉伸则可以将其分为两个阶段，两个区间的分界点在伸长率为百分之四附近，小于该数值时荷载随着拉伸率增长较快，而超过分界点之后则呈平稳上升的状态。另外，伴随着法向荷载的增长，会增加筋材所受到的负荷。

从实际的角度来将，GT1、GT2以及GT3的负荷伸长率曲线趋势相对比较接近，但是在伸长率相同的情况之下，GT3的单位宽度负载相对要大一些。由此可以了解，土工合成材料如果原材料相同，则土工拉伸的效果能够保持一致，但是会在一定程度上受到不同材料自身特性所造成的影响。

GT3在空气当中和土中拉伸试验割线模量与伸长率之间的关系如下图所示：

由此可知，无纺土工织物在土中拉伸的割线模量与空气当中相比较明显增加，并且伴随着法向荷载的增加而增加。该实验结果表明，在常规的空气中拉伸试验并不能准确的了解筋材的拉伸性能。在填土的侧限情况之下，无纺织物的割线模量会发生极大的变化，并且在法向荷载的影响之下，割线模量会增加四倍至二十倍。正因为如此，在实际施工的过程当中，可以采用无纺织物作为主要的加筋材料，无纺织物成本较低，并且其安全性能够充分满足当前的需求。

GT4在空气当中以及土中拉伸荷载与伸长率之间的关系如下图所示：

如图所示，GT4在空气环境下与土中的拉伸情况存在着较大的差别，特别实在伸长率处于0至百分之四的区间之内，土中拉伸情况明显增加。不仅如此，伴随着法向荷载的增加，筋材所受到的负载增加并不明显，其原因可以在于有纺织物自身的延伸性偏低，从而使得填土对其并不会造成过大的影响。需要注意的是，在受力初期，由于侧限作用的影响，使得测试材料会出现一定程度的颈缩现象，从而使得试验结果当中国的割线模量与空气当中相比有一定的增长。

GG5空气环境下与土中的拉伸情况如下图：

GG5在空气中拉伸和土中拉伸差异显著，由此可以了解填土的侧限作用使之在受力情况下相比土中受力效果较为明显，在进行试验研究的过程当中，应该将筋材和填土看作为一个整体。另外，四种不同法向荷载对土中的拉伸并不明显，其主要的原因可以在于这种土工合成材料的延伸性较小。

结束语：前文针对土工合成材料土中拉伸试验进行了简要的分析和描述，并设定了不同材料及不同的试验环境，经过全面的对比和分析，得出了相关的数据。土工合成材料和土体之间能够发生显著的作用，割线模量不同，会使拉伸强度产生较大的差异。另外，伸长率越长，其受到土体侧限的影响越明显。经过上述的试验研究，在实际施工的过程当中，可以采用无纺土工织物作为加筋材料，不仅能够在一定程度上节约成本，还可以有效的增加割线模量，达到良好的效果。

参考文献：

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