用于岩土工程的土工合成材料.pptx

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1、检测人员的要求 1 试验要达到什么目的，依据什么原理 2 使用的仪器设备、方法步骤 3 试验应获得那些数据，分析出什么结论 4 试验中的注意事项，误差的初步分析 5 分析试验设计与实际问题的联系第1页/共47页试验方法的共同规定试验方法的共同规定主要内容:1制样方法 试样裁剪2 式样调湿（重点）温度202 相对湿度6010%标准大气压 24小时第2页/共47页单位面积重量测定单位面积重量测定 单位面积质量为单位面积土工合成材料具有的重量，以g/m2 表示。1 影响因素 1）原材料比重，与比重呈正比。2）土工合成材料的厚度。3）所掺外加剂（如防老化剂）和含水量等也都对其有一定的影响。第3页/共4

2、7页2 本试验方法的依据本试验方法是根据国内外广泛采用的方法和原理，并结合我国国情制定的。实践与分析证明，国际标准化组织(ISO）拟定的方法操作简便，实用，且较合理，得到大多数国家的承认，为此编写本方法时主要参考了其中的一些规定和条件，但对于测试精度和计算精度，则根据我国实际情况作如下修改。1 将其中的裁剪精度和测量精度由0.5%坏改为lmm。2 将草案中的试样称量精度由0.1 改为0.01g（现场测试为0.1g）。第4页/共47页3掌握重点 1）试样面积应不小于10 cm2 2）试样数量不少于10块 第5页/共47页厚 度 测 定1国外情况 ISO/TC38/SC21/1987 土建工程用纺

3、织品分委员会通过的草案规定的厚度测试方法：试样块数不少于10 块；加压面积25cm.，试样最小面积大于仪器压脚面积的2 倍；所加压力为2、20、200kPa，加压时间为30s；每块试样测试1 次。测试环境规定的标准测试条件为，温度20 ，相对湿度RH 为65%，调湿时间为24h。第6页/共47页2本方法规定的依据 本方法根据国内外广泛采用的方法和原理，并结合我国情况制定的。实践与分析证明，国际标准化组织（ISO）拟定的方法草案是合理的，实用的，且为大多数国家所采用，故编写本方法时主要参考了其中的一些规定和条件。3重点：重点：试样安装完毕开始计时，达 30S 时记录百分表读数。第7页/共47页孔

4、径试验（干筛法）1 测试方法的选择 测定土工织物孔径的方法有直接法和间接法两大类，直接法包括显微镜测读法和投影放大测读法；间接法有干筛法、湿筛法、水动力法、水银压人法、吸引法和渗透法等。对孔隙尺寸较大，孔隙形状较规则的有纺织物可以采用直接法，第8页/共47页2关键问题关键问题 1）振筛机型号 2）振筛持续时间 3）静电吸附作用 4）天气温度的影响第9页/共47页1 振筛机型号的影响：不同型号的振筛机驱使颗粒通过织物的惯性力不同，对试验结果有较大的影响。对于同一种织物，采用相同的石英砂粒料，当采用不同型号的振筛机和不同振筛时间对所测定的O95 差异较大，可见振筛机型号的影响很大。第10页/共47

5、页2 振筛持续时间：干筛法试验持续时间较长，虽然有的振筛机可以一次叠放多组筛框及底盘系统同时振筛，以减少试验总持续时间，但研究是否能减少每次振筛持续时间仍是有意义的。试验证明，如果试验只需确定等效孔径O95 值，振筛时间长短的影响是很小的。故振筛时间由20min缩短为10min.第11页/共47页 3静电吸附作用：小粒径的玻璃珠（或砂粒）与织物试样反复摩擦，容易发生静电吸附现象，即随着粒径的减小，过筛质量反而减少。这种现象在振筛时间较长时更加明显。有的研究者建议在试验前将织物试样浸泡在蒸馏水中1 小时，然后在30 士5 温度下烘干，以减小静电吸附作用。第12页/共47页4 天气湿度的影响：当相

6、对湿度较大（大于85)，使用未经调湿处理的无纺织物试样，将使玻璃珠的过筛量大幅度减少。为消除湿度的影响，有的研究者建议在试验前将织物试样和玻璃珠保存在低于50 的烘箱中。5 使用范围：干筛法适用于有孔隙的各类土工织物和复合土工织物，使用的颗粒材料可以是石英砂、玻璃珠。第13页/共47页垂直渗透试验1 使用范围：测定常水头10cm或符合层流条件土工织物的垂直渗透系数和透水率。也就是试验水流是按符合达西定律（也就是试验水流是按符合达西定律（Darcy Darcy Low)Low)设计的设计的第14页/共47页2试验方法中的一些规定1）试样面积2）试样层数3）试样与渗透仪内壁的接触止水4）试样饱和5

7、）试验用水6）流态控制7）压力下土工织物的厚度变化8）标准温度9）试验结果的取值第15页/共47页3应注意的问题1）透水率与渗透系数的关系：两者成正比2）试验结果要换算成标准温度值的渗透系数，其主要依据是不同温度下水的粘滞系数不同。第16页/共47页条样法拉伸试验1本方法的有关规定1 试样宽度：规定两种宽度，宽条200mm 和窄条50mm。为减少“颈缩”影响，使测定的抗拉强度有代表性，也为了靠拢国际标准，建议采用宽条试样。然而，窄条试样试验操作方便而迅速，对设备和技术的要求比较低，容易掌握，便于统一和比较，故仍保留50mm 宽的窄条试样。2 试样计量长度：国内外均采用100mm。第17页/共4

8、7页3，拉伸速率：建议拉伸速率为5Omm/min。一般情况下，拉伸速率越大，测得的强度越高。编写组进行了速率影响的比较试验，速率变化范围为10、50 及100 mm/min，当速率由1 0mm/min 增大至l00mm/min,强度约增大10。日本人进行的速率影响试验，其试验速率范围（0.5 20）mm/min，远较国内采用的低，结果表明速率影响明显，对无纺土工织物影响更甚考虑实际工程情况，应采用较慢的拉伸速率，大多建议10mm/min。但实际操作中不可能用太低的速率，如用0.5mm/min 的速率，达100 应变时拉一个试样需3 个多小时，即便如此与实际情况仍有差别。此外土工织物的不均匀性较

9、大，试验结果变化幅度较大。因此，参考国外标准中采用了较快的速率，建议20 mm/min。第18页/共47页4，拉力机：条带拉伸试验采用应变控制加荷方式，要求拉力机具有等速拉伸功能，速率在。0100 mm/min 或0300mm/min 范围内变化。两夹具间的最大间距，根据试样计量长度100m 考虑150 的伸长率，加上富裕量，则要求不小于300mm。试验机的最大拉力，对200mm 的宽条试样来说以3050KN为好，可对强度100200KN/m的土工织物进行试验。试验前对拉力机零点校正及用标准块作读数校正是必不可少的。第19页/共47页5 有待解决的问题夹具夹具 试验时要求整个试样被均匀地夹持在

10、夹具内，并要求拉伸时土工织物在整个宽度上产生均匀的伸长和均匀的应力当沿宽度夹持力不均匀时，夹持力小而压不紧部位的纤维易被拉出，造成局部应力集中，测出的强度要比沿宽度全部织维同时断裂的强度低。对于片状土工织物，目前国内通常采用扁夹具。这种扁夹具的钳口面为带有槽（垂直于力的作开方向）的刚性面，靠压紧螺丝压紧。对于宽度小的扁夹具，其相对刚度较大，拉力较小，这种夹持方法能取得满意效果对于高强土工织物的宽条试样，采用扁夹具时，扁夹具沿宽度的；持力是不均匀的，这种夹持方式不够理想。第20页/共47页6注意的问题1）宽条试样有效宽度200mm，夹具实际宽度应不小于210mm。（窄条：50mm;60mm)2)

11、选择拉力机的满负荷量程范围，使试样的最大断裂力在满量程的10%90%范围内。3）当试样在钳口内打滑或大多数试样被钳口加坏，要采取措施：a 加垫 b 用涂料加强 c 改进钳口面。第21页/共47页握 持 拉 伸 试 验撕 裂 试 验1试验性质:1）模拟试验（模拟现场可能出现的材料受力状况）2）标准试验 人为地确定试验参数使得试验结果具有可比性。2结果应用:用于选材，不作为设计参数用于选材，不作为设计参数第22页/共47页3方法的有关规定1)握 持 拉 伸 试 验 拉伸速率：拉伸速率：握持强度为土工织物在快速加荷条件下的质量控制指标，在ASTMD 一1 682 标准中规定拉伸速率为300 mm/m

12、in。考虑到国内一些单位的拉力机达不到那么高的速率，暂且规定拉伸速率为100mm/min，估计较慢的速率得到的握持强度略为小些。第23页/共47页 夹具尺寸：ASTMD 一1682 标准中规定，夹具宽25mm,长度方向要求不小于25mm，并不大于50mm。FHWA 土工织物手册中指出，握持试验比较困难，成果分散，夹具尺寸不同将影响握持强度，认为应明确规定夹具尺寸，建议夹具长度为50mm。为此本试验中规定夹具宽25mm，长50mm.第24页/共47页2）撕 裂 试 验 拉伸速率：拉伸速率：同握持试验规定一样，同握持试验规定一样，100mm/min第25页/共47页试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸为2

13、00mmx75mm（长X 宽）,梯形长底为100mm，短底为25mm，切缝长15mm。试祥相对较小，一般拉力机均可进行试验，操作较为方便；所建议尺寸与ASTMD 一4533 中的尺寸一致，ASTMD 一4533 与D 一1117 两标准中的梯形大小相同，只是长度有别，D 一4533 试样长200mm,D 一1117 长150mm，试样长则夹持面大。考虑到土工织物强度高，夹持面大不易打滑，故采用较长的试样。第26页/共47页胀破试验CBR顶破试验刺破试验1试验性质 这三种试验均为模拟试验、标准试验，试验结果可用选材，不作为设计参数。第27页/共47页2方法规定胀破试验胀破试验1 试样尺寸：由试验

14、可知试样尺寸变化范围相当大，显然，随着试样尺寸增大胀破强度将减小，很难说那种尺寸最为合适，主要的在于统一尺寸，便于比较。国外参照ASTMD 一3786 的国家较多；国内设备和试验方法也与AS-TMD 一3786 一致，故建议试样尺寸为30.5mm.第28页/共47页2 试验速率：ASTMD 一3786 规定液压速率为95ml/min，而FHWA 手册中规定速率为170ml/min，前者是纺织品标准，后者是在前者的基础上为土工织物制订的标准，故建议用170ml/min。注意：速率的量纲 ml/min。第29页/共47页3有关问题胀破试验的优点是操作简便省时，积累了一定的经验，成果较稳定；其缺点有

15、：1 由于加压条件的限制，试样尺寸小，所得指标比现场条件要大；此外，由于试样小，代表性差2 受薄膜限制，不适用于高强土工织物，也不适用于延伸率过大的材料。一般适用于胀破强度在35 8300kPa 范围内的土工织物 3 设备昂贵。4 膜片的强度需定期校正，否则影响成果。第30页/共47页CBR顶破试验 本方法的有关说明加荷系统:测力方式以及夹具细部结构型式，可根据具体条件采用其它方式，但对夹具及顶压杆的尺寸均应遵照规定要求，否则对试验成果影响大第31页/共47页2 顶压速率:对试验成果可能影响不大。在DIN 54307 中规定顶压速率为60mm/min，但接着又作如下说明，“当速率在10 100

16、mm/min的范围内变化时，顶破强度实际上速率无关，故无必要保证准确的速率。”若有条件做比较试验，确认在功100mm/min 范围内速率对强度没有影响，则将方便得多。3 安装试样时，要注意夹紧试样，特别对有纺织物试样，极易打滑，在夹不紧时测出的强度值偏低。第32页/共47页 刺破试验 本试验模拟带有尖锐棱角的石子或树枝刺破土工织物时的受力状态，刺破强度反映土工织物抵抗小面积集中荷载的能力。刺破试验中土工织物的破坏方式表现为纤维的张拉破坏。第33页/共47页本方法的有关说明1 环形夹具内径尺寸：建议夹具内径为44.5mm，与FHWA 手册和ASTM D 一751 的规定一致。2 顶杆端部形状：要

17、求顶杆端部为平头，与FHWA 的规定一致。刺破试验中土工织物的破坏形式表现为纤维的拉伸破坏。当采用金属的半圆球顶杆刺人有纺土工织物时，半圆球端头往往在纤维间产生滑动而不能将纤维拉断。在FHWA 手册中明确指出，应采用平头金属杆代替半圆球的。第34页/共47页3 顶刺速率：建议采用1O0mm/min 的顶刺速率，是按照国际通用标准的规定。一般说，速率低，强度将有所降低。4 目前国内进行刺破强度试验的单位不很多，但刺破强度试验设备是比较容易建置的，只要有拉力机或压力机，再加工一副环形夹具和一根顶杆即行。第35页/共47页拉拔摩擦试验规定的依据1 试验方法：不管采用何种设备进行拉拔试验，施加拉拔荷载

18、均有应力控制和应变控制之分。应力控制法可能较接近施工加荷条件，但此法的重要缺点是拉拔力一旦达到最大值（指界面剪应力），织物会立即被拔出，往往测不到拉动后的拉拔力和拉伸位移量，因而得不到界面的峰值摩捺强度和残余值摩擦强度。第36页/共47页 而应变控制法较接近完工后的长期运用条件。对拉拔伸长率较大的无纺土工织物，其摩擦强度受拉拔速率的影响较显著，采用应变控制法为好。在试验中，应保证轴向加荷，织物夹具要牢固，并防止打滑 第37页/共47页2 试样尺寸：研究表明，试样尺寸对试验成果的影响程度与织物的伸长率、垂直荷载和土的类别、性质有关。试样大些可能更接近现场情况，但设备因而也得加大。建议试样宽度略小

19、于试验仪器宽度，而长度应小于或等于拔出长度，拔出长度可由试验确定。拉拔过程中要求材料没有太大的变形，否则试样面积不易准确，且摩阻力分布更不均匀。对强度低刚度小的试样长度小些为好。第38页/共47页3 拉拔速率1）由于设备本身结构的限制，一般都难以严格控制试验过程中界面的排水条件。与常规土工直剪试验相似，常依赖调整拉拔速率来近似控制速率快慢对试验成果主要有两方面的影响；界面上的孔隙水压力；材料的应力松弛。第39页/共47页2）界面上的孔隙水压力改变界面摩擦强度。快速拉拔时（不排水拉拔），对于无纺土工织物，因其导水性强，孔隙压力消散较快，界面摩擦强度有可能较导水性差的有纺织物的摩擦强度为高，并且随

20、法向压力的增大而上升。但是在法向压力大时，无纺织物明显压缩，渗透性降低，细粒土挤入织物孔隙，渗透性进一步降低，所以法向压力增至一定值后，摩擦强度将不随压力增大而提高。有纺织物受压后排水很快受阻，在试验中容易出现过早的拉拔破坏。第40页/共47页4）不同填土对孔隙压力消散的反应不同。无粘性土透水性强，一般不存在孔隙水压力影响。但对粘性土，速率快慢对孔隙水压力将有不同程度的影响。5）拉拔速率的选择应模拟现场拉拔条件，建议拉拔速率为0.2 3mm min，砂性土为0.5mm/min，可根据现场条件作适当选择 第41页/共47页4饱和问题：如果预计用作加筋的材料在现场将会处于饱和区或地下水位以下，为计及界面孔隙水压力对摩擦特性的影响，作试验时，土料和加筋材料应事先予以饱和。第42页/共47页谢 谢第43页/共47页第44页/共47页第45页/共47页第46页/共47页感谢您的观看！第47页/共47页