單向土工格柵拉伸性能試驗研究

朱子超

土工格柵作為一種重要的加筋材料，是一種高強度聚合物產品(聚丙烯或聚乙烯)，呈網狀形式。土工格柵加入土體中，能提高土體的整體強度和穩定性。單向土工格柵的拉伸強度和最大負荷下應變是各項工程設計中最基本的技術指標，拉伸性能的好壞，可以通過拉伸試驗進行測試。測定土工格柵拉伸性能的試驗方法有單條法和多條法。由于單條試樣在拉伸測試后，所測得的拉伸強度和應變不能真實、整體全面反映樣品的實際情況;而采用多條法試樣，可以有效地減小誤差，使試驗結果更加符合實際情況，所以中國行業標準[2]和國外先進國家的相關標準[3-5]均采用多條法拉伸。在加筋土工程中，壓實機械的碾壓是導致土工格柵強度降低的主要因素之一。通過對碾壓前后的單向土工格柵進行拉伸試驗，可得到土工格柵強度損失的特征。

1 試驗方法和過程

拉伸實驗采用儀器為南京土壤儀器廠生產改進的TZY-1型土工合成材料綜合測定儀，夾具為平網紋式，試驗中用 1層 ～2層襯墊，拉伸速率50mm/min，試驗方法參照交通部JTG E50-2006公路工程土工合成材料試驗規程進行操作。

單向土工格柵規格:TGDG 50;單位面積質量:550g/m2±50g/m2;卷寬:2.0m;抗拉強度:不小于1.0 kN/條，不小于50 kN/m;應變2%抗拉強度:不小于0.2 kN/條，不小于10 kN/m。

2 不同條數土工格柵單向拉伸試驗

試驗材料為出廠后未在工程中使用的單向土工格柵，為研究不同試樣條數對試驗結果的影響，分別取單條，2條，3條，4條，5條單向土工格柵。在加固路基應用中，主要是利用土工格柵應變很小時的拉伸特性，故在試驗中分別讀取斷裂拉力及所對應的應變，及應變達到 2%時拉伸力。所謂斷裂拉力就是土工格柵試樣被拉伸直至斷裂過程中所能承受的最大拉力，以 kN表示。具體測試數據處理如下:

單條拉伸實驗數據，斷裂拉力為:1.03 kN;應變:11.75%;應變2%時拉伸力0.34 kN;2條拉伸實驗數據，斷裂拉力為:1.84 kN;應變:12.22%;應變2%時拉伸力0.59 kN;3條拉伸實驗數據，斷裂拉力為:2.69 kN;應變:13.34%;應變2%時拉伸力0.78 kN;4條拉伸實驗數據，斷裂拉力為:4.00 kN;應變:14.48%;應變2%時拉伸力0.99 kN;5條拉伸實驗數據，斷裂拉力為:4.83 kN;應變: 14.12%;應變2%時拉伸力1.23 kN。

綜合上述試驗結果可以看出，當土工格柵多條受力時，所受力值并不是單條成倍數的累加，而是有不同程度的減少，其減少量與設計值的比例為力值損失。如表 1，圖 1所示，由表 1可以看出，隨著試驗條數的增加，2%應變時拉伸力逐漸減少，其中單條拉力最大，5條拉力最小，兩者相差 27.6%;如果采用單條試驗結果指導設計，結果偏大，對于工程而言偏不安全。

表1 不同條數拉伸試驗力值對比

當土工格柵多條受力時，隨著受力條數增加，伸長率也在增加(見圖2)。

3 土工格柵經碾壓后拉伸試驗

現場土工格柵鋪在200mm厚度碎石墊層上，經動力碾壓(壓實度為90%)后，取出碾壓后的單向土工格柵，在室內再進行單條和 2條拉伸實驗，與未碾壓樣品對比，為研究現場施工碾壓對土工格柵性能的影響。

碾壓后單條拉伸實驗數據，斷裂拉力:0.95 kN;應變:11.05%;應變2%時拉伸力0.33 kN。

碾壓后2條拉伸實驗數據，斷裂拉力:1.98 kN;應變:12.14%;應變2%時拉伸力0.61 kN。

表2 碾壓前后伸長率變化表(破壞) %

表3 碾壓前后拉力對比表(應變2%)

通過以上數據分析，可以初步得出如下結論:當土工格柵被碾壓后，所受力值也有不同程度的減少，碾壓后單條斷裂拉力值損失7.77%，2條損失約3.88%。土工格柵被碾壓后，當其被破壞時，所對應的伸長率是減小的，如表 2所示。應變 2%時拉伸力在碾壓后也有一定的減小，如表 3所示。

4 結語

通過單向土工格柵材料的筋材試驗和數據分析，得到了以下結論:1)當單向土工格柵多條受力時，所受力值并不是單條的成倍數的累加，而是有不同程度的減少:完全破壞時減少量為 3%～13%，小應變(2%)受力減少量為13%～28%;2)當單向土工格柵多條受力時，隨著受力條數增加，伸長率也有1%～5%增加;3)當單向土工格柵被碾壓后，所受力值有不同程度的減少;4)單向土工格柵被碾壓后，當其被破壞時，所對應的伸長率是減小的。

[1] JTGE50-2006，公路工程土工合成材料試驗規程[S].

[2] GB/T 15788-2005，土工布及其有關產品 寬條拉伸實驗方法[S].

[3] ASTM D 4595-1986，土工布及其有關產品 寬條拉伸實驗方法[S].

[4] BS 6906.1-1987，土工布及其有關產品 寬條拉伸實驗方法[S].

[5] NFG 38-012-1989，土工布及其有關產品 寬條拉伸實驗方法[S].

[6] 《土工合成材料工程應用手冊》編寫委員會.土工合成材料工程應用手冊[M].第 2版.北京:中國建筑工業出版社，2002.