土工格栅在软基工程中的损伤机理

土工格栅在软基工程中的损伤机理1土石坝坝基和公路路基的工程特点土石坝坝基是水电大坝的基础，其基本作用是承受上游水侧压力及坝体重量荷载，确保坝体强度与稳定性；路基的基本作用是承受路堤重量和路面传来的荷载，确保路面强度与稳定性。坝基和路基是由岩土构筑而成，其结构形成简单，工程数量很大，由于岩土分布不匀，其强度与稳定性受自然因素的影响极大。如果坝基和路基设计不当，不仅施工难度增加、工程费用提高而且路基病害隐患多，难以轻易消除。所以，土工格栅的研究对路基设计理论，剖析路基工程特点，不断完善其设计方法，对于公路铁路港口码头等交通工程，提高工程质量降低工程造价有着不可忽视的作用。我从力学结构根据失效理论对工工格栅的进行分析，大大提高路基的抗沉降能力，确保路面强度与稳定性。失效理论failure

theories关于材料在一般应力状态下的失效判据，据此可得相关的设计准则。又称强度理论。一般应力状态下材料强度失效有两种形式：屈服与脆断。材料何时以何种形式失效，不仅与主应力的大小有关，而且与3个主应力的比值有密切关系。主应力比值有无穷多种组合，如果通过实验建立失效判据，则对每一种主应力比值下的应力状态，都需通过实验确定失效时的主应力值，这显然是不可能的。在有限试验的基础上，对失效的原因作一些假说，即：无论何种应力状态下，材料只要发生相同形式的失效，其原因便是相同的。于是利用单向拉伸的试验结果，即可建立一般应力状态下的失效判据。下表中为4种基本的失效理论。表中σ0为拉伸时的极限应力，对于脆断，σ0＝σb；对于屈服，σ0＝σy。〔σ〕为许用应力，〔σ〕＝σ0／n，n为安全系数。某些拉、压强度不等的脆性材料（如铸铁、混凝土）在某些应力状态（如压缩）下。也可能发生屈服。但是，最大剪应力与形状改变比能理论与这些材料发生屈服时的实验结果不相符合。这种情形下应采用莫尔理论。它先通过实验，确定不同的σ1／σ3比值下失效时的应力值，并画出相应的应力圆，称为极限应力圆。作这些极限应力圆的包络线，称为极限曲线。莫尔理论认为：任何应力状态所对应的应力圆若与极限曲线相接触，则材料将发生屈服。由此建立的失效判据为中和分别为材料在单向拉伸和压缩时的极限应力。相应的设计准则为式中〔σ〕+和〔σ〕-分别为材料的拉、压许用应力。1.1土石坝坝基和路基土的应力—应变特性土石坝坝基及路基土的应力—应变特性对坝体结构的整体强度和刚度有很大影响，坝基变形包括弹性变形和塑性变形两部分，过大的塑性变形将导致坝体纵向不平整，弹性变形过大将使坝体疲劳开裂，所以提高坝基土的抗变形能力是提高坝基整体强度和刚度的重要方面，坝基路基变形的大小，一方面取决于荷载的大小及作用，另一方面取决于土的特性指标。1.2应力—应变非线性特性理想的线性弹体在一定的应力范围内，应力与应力的关系呈线性特性，而且当应力消失时，应变随之消失，恢复到初始状态，坝基和路基的受力特性是由构成坝基和路基用土的特性决定，坝基和路基土的内部结构十分复杂，包括固态矿特颗粒（固相），水（液相）和气体（气相）三部分所组成，固相部分又由不同成分，不同粒径的颗粒所构成。所以，坝基、路基的应力作用下呈现的变形特性同理想的线性弹体有很大差别，其中最突出的是土在受力时的非线性变形、流变性特性。2土工格栅及其作用2.1土工格栅的作用抄土工格栅是一俗种合成材料，迹它具有较高的次抗拉强度和低芽延伸率，能适纷应地基变形，旗改善地基的性眯能，同时具有办较高的撕裂强伯度，顶破强度话和冲破强度，赠能承受较大的盖冲击力。土工词格栅增强坝基猜和路基材料性任能机理在于粒虾料进入格栅结降构的格孔中产房生嵌锁效应，宏即粒料的侧向晌移动受到限制筝，粒料土工格帆栅形成土肋材闷料复合体，从坟而有效地分散遗坝体负荷，极甜大增强剪切强薄度。鸣土工材料的应超用对改善坝基模、路基土的非钢线性变形，以校及土的流变性浴有明显提高。贷目前我国加筋舍工程中所用加婚筋土工合成材跑料是以土工格胖栅为主，因而娱它的力学形状浴和与土联合工难作状况就成为绢有关部门的研糕究热点之一。渗其中有关土工暗格栅节（结）据点的研究也逐寄渐成为重点之津一。茫2.绿2悬土工格栅与土昂相互作用贞射增埋在土中的格订栅在动载作用击下，其锚固能房力是通过摩阻帝力和支承阻力瞒获得的。沿着挂拉拔荷载方向势的纵肋提供摩改阻力砖F嘉1迟，垂直方向的叼横肋提供摩阻臭力凤F产2馅和支承阻力险F猛3恨。纵肋的伸长刊率和横肋抗挠晃刚度会影响摩涛阻力和支承阻塔力的发挥。最片终的抗拔力捆(Koern炒erR.M见,1989烫)跃为流三力之和，因甘此，增大格栅乘节点锚固能力模可增大总摩阻谷力，即增大总拾抗拔能力。淋另根据恋Desa申i删等资(1985势)什提出的刚度和投概念倒：年翁蝴抹（伏1吸）尊式中：料K饰e犹触面的等效剪切切刚度；舰F匀m荐=MA眠t茄=W/gA河t讽，为通过接触伏面传递的最大纵剪力；净A赵t海为接触面传递较的最大加速度辆；轮M泼和勤W萝分别为接触面直的质量和重量辽；环S杀a课为接触面滑动下位移。刮这说明，格栅拦接触面滑动位咽移越小，路基口剪切刚度越大劣。改3朗晴土工格栅及其念使用的现状卖我国现在已有艇的土工格栅各哀有利弊，土工绕格栅种类很多跳，应用在不同剑的地区，现已姨开发成功的有仇塑料拉伸格栅亿、钢塑格栅、车涤纶格栅、玻鲁纤格栅仆、鞭P浆P不拉伸组合格栅栏。各种格栅都焰有其优点，也敞有其不足。旅3.蛮1词塑料双向拉伸澡格栅和涤纶格宗栅某我国实际施工戏中存在许多不掏尽人意的地方乒，只有根据我关国的具体情况爬设计生产符合授我国国情的土顷工格栅，方能串达到预期的设烂计要求。塑料阴双向拉伸格栅存，我国现在生青产的阶从尽15kN/航m式至碍45kN/霞m填，抗拉力小。搂应用于含水量造少，粒料小路屋基变形小的地沃区较为理想，弯塑料格栅格孔概距离为翻38mm劫×舌38mm息左页右喜,斩涤纶格栅为盛25mm蝇×扇25mm供左右，涤纶格吸栅因其节点强点度较小，整体忙性差，在没有毅砾石等情况下大，上下填土层堆密度一致，路征基加肋作用显化著，但在山区退或填方土中含剩砾石等硬性杂颗质就不适合用西此两种格栅。病一般情况下，绪压路机碾压过场程中，大部分悄肋条在有砾石器的情况下姜有委18碎%计断裂或更多，妖都是应力集中浩的充分体盏现递,些还会出现上下豪路基密度不一缝致现象，涤纶步格栅断率延伸掉率扩在式15幸%位左右，变形较罪大，并且摩阻鞭较小。障3.2咳死钢塑格栅覆和愈P途P馋拉伸格栅邻为了更好地解眉决格栅断裂和枝路基密实及延且伸率大的问题摄，出现了钢塑术格栅堆和湖P余P抗拉伸格栅。钢完塑格栅是以钢孟丝作为拉肋材闪料，外包塑料影为保护层，形管成钢塑带轻，抢P钩P朝拉伸格栅是有傅聚丙烯拉伸带胜，通过超声波持焊接而成的土借工格栅，格孔诸距离为杆10cm冬至毒15cm餐，纵横向可以菊任意组合，拉阶力可福达朽150kN/边m已。在沪宁高速药扩建、沈大公产路扩建、台金唉高速、月省猫31它2傻国道改造中大判批量应用。虽嘉然钢塑格栅骂和年P难P余拉伸格栅改变责了原有格栅的岭不足，解决了预碾压过程中的琴断裂问题，也肿解决了路基密拢实问题，满足泼了填土粒料材城料的要求（格鸽孔较大），并减且钢丝伸长率漏小，一般亚在晋3冲%赶左右，所以都圣认为很好。但冲我们在沈大高虚速、沪宁高速拴、包31刮2肝国道等扩建施怀工中发现了新尘问题，在受力激不均匀时，即暗压路机在碾压匆过程中，节点花可靠性差造成增钢丝外露，纵华横向相互作用斩力失效，并且哭纵横向移位大典，格栅整体作捧用损失较大。称国内有部分土突石坝电厂大坝锐选侧用圆P捏P走拉伸格栅，也肤是出现节点可悉靠性差。经我竖们分析发现主深要是因为节点匹是通过超声波啊焊接而成的，欢节点靠塑料粘皮合，其节点强杜度很小，在施厉工过程中及容羡易造成节点分逮离，所以格栅止整体性差，嵌撑锁力、摩擦力膊都不够理想。宅3.3诊弦锁扣土工格栅健我厂积极研究捧开发成功专利链产品锁扣式土列工格栅（专利披号水200620崖068367糕.屈8您），高强一体浪化土工格亦栅两(竟专利娃号营200620忌125023蛙.6任)良锁扣土工格栅裳高强一体化土贸工格栅是用多市根加强钢丝水扫平排列周围注浆塑成一遗层虏P钻E狮层的肋带或聚揭丙稀拉伸带，诉纵横向肋带经收过经纬编织成串网状格栅，肋牺带交叉节点用淘锁扣通过特殊敌注塑成型法一订次成型，使节量点可靠结实，昌在路基使用过喘程中，节点绝糖对牢固（节点旗强度比焊北接式高十多倍济），节点强度哈的提高对增加浩摩擦阻力并且上充分保护钢丝夏，纵横向位移疮很小，保证了史格栅网格对土众体的有效嵌锁击，扩大作用荷其载的有效半径则，快速分解有男效荷载，整体钓性能特别优越快，适合各种地蒙质条件。锁扣膏式土工格栅能授使纵横向筋带愧相互作用并充萌分发挥，加上暮其嵌锁作用和信摩擦性能好，我使得综合作用死大大提高，很曾好地解决了工呈程应用中出现幸的问题，使加丙筋用土工格栅葬真正发挥其作盼用，具有广泛酬的适用性。锁拜扣式格栅是国垫内唯一一种免杀搭接的一体化嗓土工格栅，能忽降低材料成本藏且使格栅的整素体效果特别优响越。试验对比郑4.1揭西三种格栅的塞路基碾压疾模拟试验柔土工格栅碾压凉模拟试验利用探失效理论第二义第三强度理论珠普通格栅都出经现断裂破坏现昂象刃,形只有否锁扣式土工格誓栅附合失效理都论要求亿三种格栅进行引路基碾压模拟帖试验，条件如香下：腿a隶用料为粒径小抽于顺7cm尝的砾现石煌30洁%态，粘壶土穿70本%侧；动b滨压路机型车号友ZYJ8/1鱼0闲；颜c蓬碾压层厚度汪22cm词,延碾区压保7剖次。配试验结果见温表皂1积。健表挺1羞数据表明，不揪同的格栅都有府不同程度的施专工损伤率。蜘表之1斤计三种格栅的碾论压折损率助Table原1逆秤thed诊amage减rateo娱fthe丸three手kinds帝geogri商d丧项目际塑料格栅列涤纶格栅横钢塑格栅吸型号阳30-30该50-50脾50-50挠纵横向肋数起4知6盈根刮8涨0偷根骨2技0辫根巧断裂根数抢7顽根劲1朱3卫根映无（但接点钢民丝外露）段纵横向平均强贷度委32.5kN素/m惹54.5k疮N/m弟51.5k颤N/m替纵横向平均强谣度左（碾压钢后抓3帅天取出）屈25.8k唱N/m市42.6kN袍/m型43.8k糟N/m巾强度折损率寺20.6%畜21.8%乳15.0%牢4.2围摧锁扣与焊接格欧栅的狠路基碾压宜模拟试验纪妇六对于普通的焊吴接型钢塑格栅棕与锁扣型钢塑脸格栅也进行了求与上述相同条州件的模拟试验卵，但碾压后到但取出的时间更疲长一些。结果究见捡表颂2东。表中数据表粥明，两种格栅慨的施工损伤率挠是不同的。分勇析原因，可能刃是锁扣型格栅库的整体性能好喘，所以碾压时蛾的荷载可以分塌散在较大范围虚的格栅上，从需而使格栅上实歇际承受的荷载泰相对要小得多骨。溜表厕2蝇锁扣与焊接磁格栅的碾压折饥损率甜Table夜2坛伤thed冤amage贝rateo寸fthe此twoki蚂ndsge起ogrid坦项目卵钢塑格栅邪锁扣格栅宫型号朱50-50拥50-50帆纵横向肋数娱2割0尊根兵2舞0辆根本断裂根数础无（但接点钢牛丝外露）换无策纵横向平均强绍度墙51.5k圆N/m蠢52.6k攀N/m鹊纵横向平均强蹲度娱（碾压坦后凤1齿5喷天取出）依41.1k皆N/m闭49.0k填N/m乌拉力折损率旷20.2%病6.8%深4.3勒创格栅节点的挤粒压强度试验饮演匆格栅节点的挤衰压强度试验见包图亦1柴所示，试验结验果见蜓表柱3页。同表苦3迟数据表明：锁女扣型格栅的挤蹈压强度要比普犹通型格栅高八火倍。因此，锁漆扣型格栅的固雄土能力要强得全多。薯图秀1埋钞格栅节点的挤虑压强度试验图切Fig1劲姥秘thee穗xperim帝entof辈then幻odest处rength雹壶雹蹲屿岔矮昂浙碍自宜它表秩3折笑格栅节点的挤哪压强度延Table毯3狮踢躲the张践nodes购trengt际h盐削ofthe惯geogr龙id荣项目压塑料格栅音涤纶格栅透钢塑格栅串锁扣钢塑格栅爬型号筛30-30侍50-50棕50-50后50-50致格孔距离想3.8废×示3.8鸡2.5损×2.5拉10.5冒×毛10.5教10.5吐×迎10.5固顶破强度融320N犯150N狱210N血1650N弄固土能力垃一般左差东差习强5结语瓶在坝基和路基种中铺设土工格殿栅，是保证坝音基和上路基整体受力计的重要技术措粘施之一，可鞠改善坝基、路更基土的非线性义变形，以及土衣的流变性。笑设计使用土工立格必然考虑铺捧设碾压过程附匙合失效理论要秒求挥.杯铺设土工格栅考，碾压过程使往土料在格栅网欢孔中产生嵌挤春作用，产生很割大的咬合力，货格栅本身也承陵担很大一部分斩荷载，所以大渡大提高了整体事性。所以会产绩生如下效果：魄第一，在垂直省方向上抗剪强轮度明显增加；功第二，荷载扩蛙散效果加大，召使荷载分布在厘更大的面积上愤；第三