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    土工布、土工格栅和土工格室加筋作用对比
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    土工布、土工格栅和土工格室加筋作用对比
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    详细描述

    20世纪60年代,法国工程师H.Vidal在挡土墙设计中大胆采用镀锌钢带作为加筋材料并取得了很好的效果。随后他发表了很多有关加筋土方面的研究论文,促进了加筋土工技术在挡土墙、路基、边坡和地基中的广泛应用,同时进行了相应的理论研究,为了现代加筋土知识的发展奠定了基础。由于加筋土结构优良的工程特性和低廉的造价,迅速在全世界范围推广使用。随着土工合成材料的发展,加筋材料有最初的金属片材变成由聚乙烯、聚丙烯为主要原料共聚二层的土工合成材料。不断出现先进的生产制造工艺使土工合成材料的强度、抗变形和抗老化的能力不断提高,使土工合成材料在土木、水利、交通、铁路和环境工程中得到广泛应用。

    土工布应用在公路建设中起到加筋的作用

    1. 结构对比
    土工格室是20世纪80年代开发的一种新型土工合成材料,它是由高密度的聚乙烯宽带经超声波焊接或锚接而成的具有蜂窝状格室结构,展开后呈蜂窝状的土体网格。而土工格栅是高分子聚合物材料经过定向拉伸形成的具有开孔网格,较高强度的平面网状材料。如果令土工格室的高度为0,则土工格室在形态上就和平面形的土工布、土工网、土工格栅相类似。此时,土工格室便于三维结构变成了二维平面网状结构,筋土之间的约束挤密作用变成了平面相互摩擦的效应。可以这样认为,平面的土工布、网、格栅可以看作是土工格室的一种特殊应用形式。因为土工格室具有一定的高度(5cm以上),聚合物片材料较厚(1cm以上),强度和模量很大,焊接强度高,和填筑于其中的填料一起组成刚度很大的板体结构,具有一定的抗弯作用,从而分散上部结构的横向向应力。

    2.作用原理对比
    2.1土工格栅

    土工格栅的加筋作用是利用筋材的抗拉特性,通过与周围土界面的摩擦咬合作用产生应力传递,改变土体中的应力应变场,增进土的强度和韧性,从而改善填料变形性能,提高土体稳定性。筋材表面粗糙及嵌固性是发挥与土界面效能的主要条件。土工格栅结点厚度大于肋条厚度,能够将粗粒土基部紧紧连在一起,形成嵌锁结构,粗粒土在网格内固定下来所达到的机械结合力,形成由土体到筋材或相反方向的界面效应及高的应力传输作用。网格受到拉力负荷使嵌锁土体受到压缩裹覆作用,从而形成一个稳定的有一定模量的承台结构。

    2.2土工格室筏板基础效应和应力扩散效应
    土工格室作为一种立体的加筋材料,与格室内填料相互作用,共同工作,形成一个具有相当大的抗弯、抗拉和抗剪强度的复合整体。在工程上,这一复合体可视为柔性的筏板基础,能使地基破坏向深层发展,从而提高地基承载力。无格室地基在一定长度的均布荷载作用下,地基浅层软土直接受到剪切作用,在基底形成主动区,在主动区下方两侧形成塑性过渡区,并使基础两侧发生隆起破坏,形成被动破坏区。由于软土的抗剪强度低,故达到这一破坏状态的极限荷载值较低。而对于有格室地基,由于土工格室垫层具有很强的抗剪能力,改善了浅层软土的应力状态,故地基的剪切破坏面向深层发展,达到临界破坏状态所需要的极限荷载较高。由于垫层填料采用内摩擦角较大的粗骨料且压实程度较高,故能有效扩散上部路堤荷载,减小作用下卧软土层面的附加应力,改善浅层软土的应力状态,均话应力分布,从而减少沉降和不均匀沉降,达到加固软基的目的。

    2.2.1网兜效应
    在上部荷载作用下,土工格室结构体在外力作用下形成凹曲面,作用在凹曲面上部向下的作用力大于用在凹曲面下部向上的作用力,不平衡部分由垫层与土体接触面产生的界面剪切摩擦力平衡,即为网兜效应。网兜效应的存在进一步减小了软土层所受竖向荷载,增大了两侧的竖向荷载,有效的改变了应力分布,垫层下土基的应力分布更趋均匀,使一定范围的竖向应力差减小,进而减小不均匀沉降。
    2.2.2双面摩擦作用

    土工格室在软土地基处理方面的特殊作用,首先表现在它与填土材料形成双面摩擦,有效地限制了因荷载而产生的横向移动趋势;其次,格室与格室直接的反作用更加抵消了部分因荷载而产生横向位移的趋势,从而使其承载能力得到提高,沉降得以减小。
    2.3土工布
    土工布与地基土的摩擦力作用使土体中的拉应力传递到筋体上,筋体承受拉力,而筋间土承受压力和剪应力,使加筋土中筋体和土体能很好地发挥各自的潜能,使土体得以挤密,增强了土体的整体性和连续性,限制了土体的侧向变形。

    3 结论
    (1)与土工织物、土工格栅和土工布等其它平面型土工合成材料相比,土工格室为立体结构,通过改变格室高度或格室板块的组合型式,能得到刚性、半刚性等性质完全不同的板块。
    (2)相对于土工格栅及土工布的平面结构,土工格室由于具有一定的厚度,所以具有抗弯能力,能扩散从上部传递的竖向应力。
    (3)土工格室可叠合,较土工格栅、土工布仓储、运输方便。
    (4)土工格室是一种新型的土工复合材料,对其加筋结构的作用机理有待进一步深入研究。





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