拉拔試驗研究的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、拉拔試驗研究的現(xiàn)狀與發(fā)展    摘 要：加筋土界面的摩擦特性是現(xiàn)代加筋土技術(shù)研究的熱點和難點，是徹底弄清加筋機理和建立加筋土理論體系的關(guān)鍵。許多學(xué)者做了大量的試驗和理論研究工作，取得了一些成果，但由于影響筋土界面摩擦特性的因素多，情況復(fù)雜，加之目前由于實驗設(shè)備及方法的*，有許多問題還未能徹底搞清楚。本文介紹了目前國內(nèi)外在此問題上的一些研究成果，著重分析了試驗的影響因素、存在的問題及今后發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：加筋土 界面摩擦特性 拉拔試驗 土工格柵一、概述現(xiàn)代加筋土技術(shù)是由法國工程師HemiVida1于20世紀(jì)60年代首

2、先提出的，并于20世紀(jì)80年代初引入我國，現(xiàn)已在水利、鐵路、公路、港口和建筑工程中得到大量應(yīng)用，解決了許多土木工程中的技術(shù)難題，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益，因而該技術(shù)得以蓬勃發(fā)展。 加筋土結(jié)構(gòu)中，筋土間的摩擦特性對結(jié)構(gòu)的性狀有著十分重要的影響。工程應(yīng)用中，筋土間的摩擦特性通常由室內(nèi)摩擦(剪切)試驗、拉拔試驗或現(xiàn)場足尺試驗來測定。前者主要用于驗算筋土界面的抗剪切強度，后者則用來確定土中筋材受拉時的抗拔強度。目前，用于加筋土技術(shù)的筋體材料大致可分為兩類，一類是剛度較大的剛性筋材，如各種鋼筋質(zhì)的條帶；另一類是剛度較小的柔性筋材，如各種土工織物及土工格柵。從目前應(yīng)用來看，以柔性筋材居多。一般

3、認為，對剛度較小的土工合成材料，用直剪摩擦試驗確定其強度參數(shù)較符合實際；對剛度較大的材料，則采用拉拔試驗更適宜。二、拉拔試驗研究現(xiàn)狀有關(guān)拉拔試驗的作用機理、試驗設(shè)備、試驗方法及取值標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外仍處于探索階段，目前還沒有推出一種標(biāo)準(zhǔn)的試驗設(shè)備，大多是結(jié)合直剪摩擦試驗，將同一儀器略加改進來實施拉拔試驗。拉拔試驗的原理是摩擦作用，通過施加正應(yīng)力，使筋材與土體之間緊密結(jié)合，從而利用彼此界面上的靜摩擦力抵抗外力（拉拔力）。研究表明，筋材在填料土體中的實際有效受拉長度（產(chǎn)生摩擦作用的長度）與拉拔力大小是有關(guān)的，試驗測得的筋材剛被拉動瞬間的拉拔力視為界面摩擦強度，不同性質(zhì)的填土及不同規(guī)格和材質(zhì)的加筋材料，其

4、界面摩擦強度是不一樣的。影響拉拔試驗結(jié)果的因素很多，主要有以下幾個方面：土與盒(箱)壁間的摩擦作用、填料的壓實度、填料的含水量、拉拔速度、筋材水平埋入長度等。目前，用于拉拔實驗結(jié)果的分析方法主要有極限平衡法和有限元法。極限平衡法原理簡單但不能分析破壞過程中筋土產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，無法給出拉拔破壞前筋材產(chǎn)生的位移和應(yīng)變的充分信息。而有限元法比較適合分析筋材在土中的位移、應(yīng)變和變形破壞規(guī)律，能模擬試驗過程，并對測試數(shù)據(jù)加以處理，其分析結(jié)果的可靠性也依賴于不同的因素，如有限元種類、用于建立不同加筋土模型的本構(gòu)關(guān)系和本構(gòu)模型的參數(shù)等。三、拉拔試驗?zāi)壳叭〉玫闹饕晒鞍l(fā)展方向1拉拔試驗?zāi)壳叭〉玫闹饕?/p>

5、成果目前，國內(nèi)有許多學(xué)者做過筋土界面的摩擦特性研究，采用不同加筋材料結(jié)合不同性質(zhì)的填料土做拉拔試驗，得到了一系列具有參考價值的結(jié)論。西南科技大學(xué)的何友芳等人做了土工格柵與銅礦尾礦界面作用特性的實驗研究，獲得了筋土之間的剪切強度系數(shù)（C、）、似摩擦系數(shù)f*等結(jié)果，并對它們的影響因素進行了分析與探討。昆明理工大學(xué)的黃英等人做了不同排水條件加筋紅土三軸試驗研究，他們以玻璃纖維和土工布作為加筋材料，對比研究了紅土在三種不同排水條件下加筋前后的抗剪強度特性。天津市政工程研究院的吳景海用5種不同種類的國產(chǎn)土工合成材料為加筋材料，以砂和石灰粉煤灰為填料進行拉拔試驗，比較了各種土工合成材料與填料的界面摩擦特性

6、。中南大學(xué)的徐林榮、呂大偉等人做了筋土界面參數(shù)的拉拔試驗過程劃分研究；提出了當(dāng)量拉拔位移的概念，并將筋土界面的拉拔試驗過程劃分成可獲取不同位移狀態(tài)下筋土界面參數(shù)的兩大部分和三個階段，據(jù)此，可合理獲取適用于極限平衡和工作力狀態(tài)下的筋土界面參數(shù)。上海交通大學(xué)的張鵬等人針對土工織物筋土接觸面的軟化和塑性流動現(xiàn)象，根據(jù)拉拔試驗的結(jié)果，提出了剪應(yīng)力與位移關(guān)系的三階段彈塑性模型，并通過有限差分法進行求解，得到了拉拔試驗中的非線性位移、應(yīng)變、拉力和剪應(yīng)力等參量。此外，上海交大的肖朝昀、王建華等人還做了土工織物拉拔試驗接觸面的蠕變研究，探討了接觸面蠕變對筋材應(yīng)力及位移的影響。最后，要著重提到的是長沙理工大學(xué)為

7、實施西部膨脹土課題研究開發(fā)了大型數(shù)控拉拔試驗系統(tǒng)。新開發(fā)的拉拔試驗系統(tǒng)由拉拔測試主機、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、壓力伺服控制系統(tǒng)及壓實與起吊輔助設(shè)備4部分組成。 設(shè)備有5大主要特點：具有較大的尺寸；加載方式科學(xué)；實現(xiàn)了多點測量及數(shù)據(jù)采集的自動化；夾具的設(shè)計有創(chuàng)新；試驗輔助設(shè)備齊全。經(jīng)試驗操作表明，該儀器性能穩(wěn)定，使用效果良好，所得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可信。2目前拉拔試驗的發(fā)展方向拉拔試驗的目的是研究土與土工合成材料的界面性質(zhì)，必須準(zhǔn)確記錄試驗中所施加的壓力、拉力和土工合成材料的水平位移，因此，試驗的測試系統(tǒng)至關(guān)重要。因此，開發(fā)大型的數(shù)控拉拔試驗系統(tǒng)迫在眉睫，它也是拉拔試驗研究的熱點和發(fā)展趨勢。人們已經(jīng)注意到

8、筋材的加筋作用不僅發(fā)生在接觸面和界面上，而且還發(fā)生在界面以外的土體內(nèi)，使筋材周圍一定范圍內(nèi)的土體形成了“加筋土體”。也就是說加筋的主要作用在于增強了土的整體性，使土由散體變?yōu)橛幸欢ㄟB續(xù)性的介質(zhì)，正是它構(gòu)成了土中加筋的機理所在。然而，如何通過拉拔試驗對此加以驗證，是當(dāng)前土工合成材料界面特性研究急待解決的難題。此外，對柔性邊界條件的模擬也越來越受到關(guān)注。初期研制的絕大多數(shù)拉拔儀，格柵是在試驗箱剛性前壁端零位移條件下被拔出，然而在現(xiàn)實的加筋土結(jié)構(gòu)中，不少采用格柵反包形成設(shè)計坡面，并非剛性支護，考慮到實際工程中這種柔性邊界條件，日本的Nagaoka University of

9、60;Echnology的Sugimoto M和Alagiyawanna A N N在箱體前壁加上一氣囊作為柔性支撐，可以更好的模擬現(xiàn)場實際，并且發(fā)現(xiàn)其測試結(jié)果(格柵端部的應(yīng)力應(yīng)變)也與剛性支撐有一定的差異。四、目前拉拔試驗存在的問題及建議目前，拉拔試驗在研究筋土界面摩擦特性方面主要存在以下幾個方面的問題：1，試驗儀器的問題。到目前為止，還沒有形成一個標(biāo)準(zhǔn)的拉拔試驗儀器，目前拉拔試驗大都是在經(jīng)改裝的直剪儀上進行，由于儀器的尺寸受到*，加之量測的誤差，導(dǎo)致試驗結(jié)果不準(zhǔn)確。2，影響筋土界面摩擦特性的因素太多，十分復(fù)雜。目前，很多拉拔試驗都是在實驗室內(nèi)進行，填

10、料也是事先設(shè)計好的，這里就存在一個問題，如何選擇填料，使試驗中的筋土界面能夠模擬實際工程中的筋土界面特性。否則，我們做出來的試驗結(jié)果適用性不大。3，缺乏系統(tǒng)和全面的拉拔試驗。目前，雖然很多人做過筋土的拉拔試驗，但都是針對一個具體方面的研究，沒有對拉拔試驗各個影響因素或者說試驗元素進行全面系統(tǒng)的試驗研究。因此，導(dǎo)致在實際工程中，往往缺乏相關(guān)的試驗數(shù)據(jù)作為設(shè)計依據(jù)！4，理論分析與試驗研究相對工程實際明顯的滯后。到目前為止，對于加筋機理還不十分清楚，主要是缺乏實驗驗證。這就導(dǎo)致在實際工程中，缺乏理論的指導(dǎo)，有時候往往是憑經(jīng)驗或者并不可靠的數(shù)據(jù)來進行設(shè)計和施工，這也給我們的工程帶來安全隱患。針對以上問

11、題，我們因該從以下幾個方面進行努力：首先，我們應(yīng)該盡快研制出標(biāo)準(zhǔn)化及科學(xué)化的拉拔試驗儀器，畢竟試驗儀器決定了試驗結(jié)果的可靠性，并且制定相應(yīng)的試驗規(guī)程。目前的試驗規(guī)程過于簡單化。新的試驗規(guī)程應(yīng)該包括：儀器設(shè)備、筋體材料、填料性質(zhì)、試驗方法及試驗結(jié)果的記錄與分析等內(nèi)容。其次，我們應(yīng)該進行多種工況下的拉拔試驗研究，研究不同加筋材料在各種不同性質(zhì)填料中的界面特性。弄清楚各種因素的影響范圍、程度及機理，將試驗結(jié)果進行整理、規(guī)范化，制成手冊，以供設(shè)計和施工人員參考之用。最后，我們還是應(yīng)該多多結(jié)合工程實際，將理論研究與工程實際緊密聯(lián)系起來，有條件的時候，可以進行現(xiàn)場的原位試驗，從而得到更符合實際的可靠的數(shù)據(jù)

12、來有效的指導(dǎo)我們的施工。五、結(jié)語隨著加筋土技術(shù)的不斷發(fā)展及廣泛應(yīng)用，研究筋土界面特性的拉拔試驗必然得到重視及發(fā)展，相信隨著計算機科學(xué)的發(fā)展，拉拔試驗儀器將會被研發(fā)出來，試驗方法也將會得到改進。隨著試驗手段的進步，我們必將最終弄清加筋土的加筋機理，從而建立系統(tǒng)完善的加筋土設(shè)計理論與方法，更好的指導(dǎo)我們的加筋土工程的施工，為我們的土木工程事業(yè)做出更大的貢獻。參考文獻1 楊和平，萬亮，譚波土工格柵拉拔試驗研究的現(xiàn)狀與發(fā)展長沙交通學(xué)院學(xué)報，2006年3月第22卷第1期2 何友芳，尹光志，張東明土工格柵與銅礦尾礦界面作用特性的實驗研究重慶建筑大學(xué)學(xué)報2006年4月第28卷第2期3 黃英，符必昌，金克盛，等不同排水條件加筋紅土三軸試驗研究昆明理工大學(xué)學(xué)報（理工版）2006年2月第31卷第1期4 吳景海土工合成材料