2低温条件下塑料土工格栅拉伸特性的试验研究(修改稿)

1、低温条件下塑料土工格栅拉伸特性的试验研究汪恩良2徐学燕i（1.哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨，150090；2.黑龙江省水利科学研究院，黑龙江哈尔滨，150080）摘要：通过对塑料土工格栅在低温条件下的拉仲试验，得到拉伸屈服力、屈服仲长率、不同仲长率对应的拉仲力等数据， 根据试验数据总结分析发现：（1）塑料土工格栅在低温状态下抗拉伸能力明显提高；（2）低温条件下，塑料土工格栅肋条截 面积越大，拉伸力随温度降低而提高的幅度越大，屈服伸长率随温度的降低而下降的趋势越明显，反z,拉伸力受温度降低 的影响逐渐减弱，屈服仲长率受温度降低的影响越小；（3）塑料土工格栅冻融循坏后，与未冻融试样对照

2、，拉伸特性没冇降 低。关键词：塑料土工格栅；低温；拉伸试验；拉伸特性中图分类号：tu 476文献标识码：aexperimental study on tension characteristics of plastic geogrid under lowtemperaturewang en-liangh 2 xu xue-yan1(1 .school of civil engineering, harbin institute of technology, heilongjiang, harbin, 150090;2. heilongjiang provincial hydraulic res

3、earch institute, heilongjiang, harbin, 150080).abstract: the data of plastic geogrid such as yield stress, elongation of yield, tensile force relating to different tensile stretch and so on, were obtained from the elongation lest under low temperature. through the analysis of these test results, we

4、find lhal 1). the tensile characteristics of plastic geogrid enhance obviously under low temperature 2). under low temperature, the bigger the cross-sectional area of ribbing is, the wider the increasing extent of tensile force is, while more obvious the decreasing trend of the ciongation of yield c

5、ontrarily, with the decreasing of the cross-scctional area of ribbing, the effect of temperature reducing on tensile force and elongation of yield is wcakcned gradually 3). compared with the unfrozen sample, the tensile characteristics change of the plastic gcogrid suffered frcczc-thaw cycling is no

6、t obvious1引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；还增加土体和其 它材料之间的摩阻力，提高土体及有关建筑物的稳 定性。由法国工程师henri vidal于20世纪60年代 初提出的现代加筋土技术是一项土体加固新技术， 他在模型试验中发现，当土中掺入有机纤维材料后, 其强度可明显提高，据此提出了加筋土概念，并于 1963年首先公布了其研究成果，提出了土的加筋方 法和设计理论。在季节冻土地区挡土墙设计中，作用于挡土

7、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，将対墙体产生水平 冻胀力，在该力作用下经常发生墙体倾覆、断裂、 位移等破坏。在季节冻土地区柔性加筋挡土墙可以 减少这类冻害引起的工程事故。塑料土工格栅是加 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2塑料土工格栅加筋挡土 墙在季节冻土区应用需经历长期的低温环境，在低温状态下，加筋材料一一塑料土工格栅的拉伸特性 有何变化，需通过试验研究来探求。本次测试塑料土工格栅的方法参照中华人民 共和国国家标准（gb/t 17689-1999 土工合成材料 塑料土工格栅）。2试验装置、材料2.1试验装置控温实

8、验室：内部尺寸为6.40m x5.10m x2.95m （长x宽x高），由大功率制冷压缩机组及电脑温控 器组成，实验室内温度控制范围+20°c35°c,控 制精度为±0.5°co拉力试验机置于实验室内。拉力试验机及采集系统:拉伸试验采用lj-1000 型拉力试验机；数据采集系统由blr-1型拉力传感 器、yhd-100型位移传感器、dh3815n应变测试 系统及计算机组成。所用传感器在试验前均被精确 标定。高低温试验机：冻融循环试验采用日本 tsuzu50u4001型高低温试验机。试验机控制温度 + 120°c-40°c,控制精度为&

9、#177;0°c。2.2试验材料本次试验材料采用tgdg35 > tgdg50和 tgdg80三种规格的单向拉伸塑料土工格栅，冻融 循环试验采用的是tgdg50型单向拉伸格栅，主要 技术参数见表lo表1试验塑料土工格栅主要技术参数table 1 the main technical parameter of testing plastic geogrid规格tgdg80tgdg50tgdg35肋条长度/mm126.513&0258.0157.0肋条宽度/mm6.74.864.5肋条厚度/mm10.81.00.6节点长度/mm19.31415.118.2节点宽度/mm24

10、.324.323.024.5节点厚度/mm43.82.42.3备注冻融循环2.3试样制备试样的长度是安装测量位移表计的两根平行 横杆的初始距离，宽度为试样含有的纵向肋条数， 本次试验长度采用3个节点（2段），宽度采用3个 节点（3条纵向肋条）。3试验内容本次试验拟求得塑料土工格栅，在人工控制的 环境温度、约束状态等边界条件下的拉伸屈服力、 屈服伸长率以及不同伸长率对应的拉伸力等的变化 规律。3.2试验控制边界条件冻融循环温度控制范围:-25 °c+25 °c 拉伸试验温度控制范围:-35 °c+15 °c 拉伸速率：v二50 mm/min3.3冻融循环试

11、验方法首先将试样置于+25 °c的箱内保持恒温，2 h 后开始降温。开始吋每间隔5 min测量并记录一次 环境温度，待环境温度达到25 °c时保持温度，每 间隔0.5 h测量并记录一次环境温度，2 h后开始升 温,环境温度升至+25 °c时完成一个冻融循环。以 此类推，进入下一次循环。本次试验选用50个试样经过50次冻融循环， 然后进行拉伸试验。3.4拉伸试验及现象341试验过程拉伸试验在lj-1000型拉力试验机上进行，试 验顺序为+15 °c、0 °c、-10 °c、-20 °c. -35 °c, 应力、应变由

12、数采仪全程记录。3.4.2试验现象（1）在试验过程中，tgdg80试样破坏位置 多出现在节点处，tgdg50试样破坏位置多发生在 肋条与节点联结处，tgdg35试样破坏位置多发生 在肋条中部，参见图1。说明tgdg50以上单向拉 伸格栅的薄弱坏节在肋间联结处，肋间联结的强度 决定格栅的整体强度，而tgdg35以下的单向拉伸 格栅肋条强度决定格栅的整体强度。（2）试样受荷初期，随着变形加大，试样肋 部首先出现“颈缩”现象，随后在肋间联结两端附 近出现“毛刺”，变形继续加大，“毛刺”越來越多, 达到破坏荷载时，一般在应力集中处突然断裂，低 温下试验破坏更为突然。破坏后的试样肋条崩裂成 很多细丝，见

13、图1。3.1试验目标（3）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 持时力量不均匀所致，因此试样夹持时力量一定要 均匀，同时対试样施加一定的预拉荷载是有必要的。 本文在试验过程中采用无纺布条夹在夹具棱角处避 免夹具棱角对试样造成破坏的现象。tgdg80tgdg50tgdg35图1试样破坏后情况fig.l the state of broken sample4试验结果整理与分析将三组试样分别在室温15 °c,湿度50%和 0°c、10 °c、20 °c及35 °

14、c环境屮进行拉伸试验。 本次试验中为反映客观性，每组试样进行5个平行 试验，现将试样加载过程平均为每延米所受拉力值, 数据整理见表2。4.1不同正、负温条件下塑料土工格栅拉伸力与伸 长率关系变化规律根据表2试验数据，得到三种规格格栅不同温 度下拉伸力与伸长率关系曲线，见图2。由图2可以看出，三种不同规格格栅的拉伸力 与伸长率关系曲线随温度的降低切线斜率增大，说 明塑料土工格栅在低温环境下承受拉伸的能力提 高。表2试验数据汇总表table 2 test results编号温度rc不同伸长率对应拉力值/kn/m/%fi%f2%f3%f4%fs%f159.624.935.544.953.595.51

15、3.1011.126.43&649.760108.712.6tgdg80-1012.726.539.752.864.4109.812.0-2014.331.645.65&470.2113.310.3-3514.433.04&062.475.8114.39.0154.715.724.632.739.659.911.()05.716.425.333.541.165.010.7tgdg50-1()7.317.526.133.941.466.09.9-2()7.818.128.()37.245.767.19.2-357.920.731.140.349.171.28.4154.2

16、11.817.121.826.138.99.3tgdg3504.412.()17.422.527.342.89-1()4.612.217.923.42&643.19.0-2()4.912.118.424.229.545.38.9pa15916.121.526.531.260311.7未 冻 融012.522.630.837.744.374.29.8-1()13.624.433.()40.547.672.49.0-2()15.128.439.348.757.677.57.5-3515330.443.354.464.579.06.7158.715.721.226.230.960.412.1

17、fa013.023.23133&244.775.510.1冻-1013.123.732.940.647.674.09.0融-2015.529.139.748.957.575.27.4-3515.431.243.954.964.979.96.8注：f%、f?%、f3%> f4%> f5%分别为 1%、2%. 3%. 4%、5% 伸长率对应的拉力值f为拉伸屈服力一一 tgdg50* 15x?伸长率/%50 | tgi)g35*15-c tgdg35- 0v 一tgdg35-wctgdg35 20*c40图2三种格栅不同温度下拉伸力与伸长率关系曲线fig.2 tensile fo

18、rce tensile stretch relation curves of three kinds of plastic geogrid under diiterent temperature4.2塑料土工格栅不同温度条件下拉伸屈服力的变 化规律由表2试验数据，得不同伸长率对应的拉伸力 与温度的关系，见图3。由图3可以看出，随着温度的降低，塑料土工 格栅不同伸长率下对应的拉伸力均有提高，尤其 tgdg80试样5%以下伸长率对应的拉力值的提高 几乎呈线性，且随伸长率关系曲线的斜率逐渐增大, 温度从15°c降至-35 °c, 5%伸长率对应的拉力值提 高了 42%,而拉伸屈服

19、力在温度从15 °c降至-35 °c 时，拉伸屈服力提高了 20%,其中温度从15 °c降 至0 °c,拉力值提高幅度最大，均值达到14%,从 0°c降至-35 °c时，拉伸屈服力有小幅提高，均值仅 为5%o tgdg50试样拉伸力受温度降低的影响有 所减弱，5%伸长率对应的拉伸力在温度从15 °c降 至-35 °c吋，拉力值提高了 24%,其中温度从15 °c 降至-10 °c吋，小幅提高5%,从-10 °c降至-35 °c 时，提高幅度较大，均值为19%,而拉伸屈服力随

20、温度降低提高较为均匀，从15 °c降至-35 °c时， 提高幅度为19%o tgdg35试样拉伸特性受温度降 低的影响更为减弱，从15 °c降至-20 °c时，拉伸 屈服力平均提高17%, 5%以下伸长率对应的拉力值 随温度的降低平均提高10%。4.3塑料土工格栅屈服伸长率随温度的变化规律根据不同温度下得到的屈服伸长率及其平均 值得到两者的变化规律，见图4。30-20-100温度/ctgdg5010 20 %、f1.1-20 -10 0 10 20 温度厂ctgdg35图3三种格栅拉伸力与温度关系曲线<>車em薩-一tgdg80 一一tgdg

21、50 一-tgdg35fig.3 tensile force 一 temperature relation curves of threekinds of plastic geogrid0 r-4030温度/c|*2*)%代51 f f f f f f 二二二图4三种格栅屈服伸长率与温度关系曲线fig.4 elongation of yield temerrature relation curves ofthree kinds of plastic geogrid由图4可以看出，tgdg80和tgdg50的屈月艮 伸长率随温度的降低而下降，并且从15 °c降至 -10 °c

22、时屈服伸长率下降幅度明显小于从10 °c降 至35 °c的下降幅度，tgdg35的屈服伸长率随温7-度的降低变化不显著。从试验结果来看，三种不同 规格的塑料土工格栅肋条厚度越薄，屈服伸长率受 温度降低的影响不明显。因为塑料土工格栅是通过 独特的工艺使聚合物的长链分子沿拉伸方向重新排 列成一直线，使其获得了较高的抗拉强度，而又具 备了较低的延展性。格栅肋条厚度越薄，内部分子 排列不易形成低温硕化的晶格结构，所以对温度降 低反应不敏感，致使屈服伸长率受温度降低的影响 不明显。4.4塑料土工格栅50次冻融循环后拉伸力与伸长率 关系随温度的变化规律由表2试验数据，得塑料土工格栅冻融

23、循环后 不同温度下拉伸力与伸长率关系，见图5。明显的线性关系，并a-20 °c形成明显拐点，温度 从 15 °c 降至20 °c时,y = 0.1243x+10.041, r2 = 0.9942,温度从-20 °c 降至-35 °c时，y 二 0.0467x + &3833。其变化规律不受冻融循环的影响。13-1未冻胆试样 一一冻融试样平均线y = 0. 1243x + 10.041 r2 = 0. 9942y = 0. 0467x + 8 3833r2 = 16 4-40-30-20-102010-0. 020. 040. 100. 120-f-0. 0011-0. 06 0. 08伸长率/%图5格栅冻融循环后拉伸力与伸长率关系曲线fig.5 tensile force 一 ratio of elongation relation curves ofthe plastic geogrid after freeze-thaw cycling由图5可以看出，经过冻融循环后的塑料土工 格栅试样与未冻融试样在不同温度下进行拉伸试 验，同一温度下的拉伸力与伸长率关系曲线拟合很 好，说明冻融循