用于巖土工程的土工合成材料

檢測人員的要求1試驗(yàn)要達(dá)到什么目的，依據(jù)什么原理

2使用的儀器設(shè)備、方法步驟

3試驗(yàn)應(yīng)獲得那些數(shù)據(jù)，分析出什么結(jié)論

4試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，誤差的初步分析

5分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)際問題的聯(lián)系第1頁/共47頁第一頁，共48頁。試驗(yàn)方法的共同規(guī)定主要內(nèi)容:制樣方法試樣裁剪2式樣調(diào)濕（重點(diǎn)）

溫度20±2℃相對濕度60±10%

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓24小時(shí)第2頁/共47頁第二頁，共48頁。單位面積重量測定

單位面積質(zhì)量為單位面積土工合成材料具有的重量，以g/m2表示。

1影響因素

1）原材料比重，與比重呈正比。

2）土工合成材料的厚度。

3）所摻外加劑（如防老化劑）和含水量等也都對其有一定的影響。第3頁/共47頁第三頁，共48頁。2本試驗(yàn)方法的依據(jù)本試驗(yàn)方法是根據(jù)國內(nèi)外廣泛采用的方法和原理，并結(jié)合我國國情制定的。實(shí)踐與分析證明，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO）擬定的方法操作簡便，實(shí)用，且較合理，得到大多數(shù)國家的承認(rèn)，為此編寫本方法時(shí)主要參考了其中的一些規(guī)定和條件，但對于測試精度和計(jì)算精度，則根據(jù)我國實(shí)際情況作如下修改。

1．將其中的裁剪精度和測量精度由0.5%壞改為lmm。2．將草案中的試樣稱量精度由0.1％改為0.01g（現(xiàn)場測試為0.1g

）。

第4頁/共47頁第四頁，共48頁。掌握重點(diǎn)

1）試樣面積應(yīng)不小于10cm2

2）試樣數(shù)量不少于10塊

第5頁/共47頁第五頁，共48頁。厚度測定國外情況

ISO/TC38/SC21/1987土建工程用紡織品分委員會(huì)通過的草案規(guī)定的厚度測試方法：試樣塊數(shù)不少于10塊；加壓面積25cm.，試樣最小面積大于儀器壓腳面積的2倍；所加壓力為2、20、200kPa，加壓時(shí)間為30s；每塊試樣測試1次。測試環(huán)境規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測試條件為，溫度20℃，相對濕度RH為65%，調(diào)濕時(shí)間為24h。

第6頁/共47頁第六頁，共48頁。本方法規(guī)定的依據(jù)

本方法根據(jù)國內(nèi)外廣泛采用的方法和原理，并結(jié)合我國情況制定的。實(shí)踐與分析證明，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）擬定的方法草案是合理的，實(shí)用的，且為大多數(shù)國家所采用，故編寫本方法時(shí)主要參考了其中的一些規(guī)定和條件。重點(diǎn)：試樣安裝完畢開始計(jì)時(shí)，達(dá)

30S時(shí)記錄百分表讀數(shù)。第7頁/共47頁第七頁，共48頁?？讖皆囼?yàn)（干篩法）1測試方法的選擇

測定土工織物孔徑的方法有直接法和間接法兩大類，直接法包括顯微鏡測讀法和投影放大測讀法；間接法有干篩法、濕篩法、水動(dòng)力法、水銀壓人法、吸引法和滲透法等。對孔隙尺寸較大，孔隙形狀較規(guī)則的有紡織物可以采用直接法，第8頁/共47頁第八頁，共48頁。關(guān)鍵問題

1）振篩機(jī)型號(hào)

2）振篩持續(xù)時(shí)間

3）靜電吸附作用

4）天氣溫度的影響第9頁/共47頁第九頁，共48頁。1．振篩機(jī)型號(hào)的影響：不同型號(hào)的振篩機(jī)驅(qū)使顆粒通過織物的慣性力不同，對試驗(yàn)結(jié)果有較大的影響。對于同一種織物，采用相同的石英砂粒料，當(dāng)采用不同型號(hào)的振篩機(jī)和不同振篩時(shí)間對所測定的O95差異較大，可見振篩機(jī)型號(hào)的影響很大。

第10頁/共47頁第十頁，共48頁。2．振篩持續(xù)時(shí)間：

干篩法試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間較長，雖然有的振篩機(jī)可以一次疊放多組篩框及底盤系統(tǒng)同時(shí)振篩，以減少試驗(yàn)總持續(xù)時(shí)間，但研究是否能減少每次振篩持續(xù)時(shí)間仍是有意義的。試驗(yàn)證明，如果試驗(yàn)只需確定等效孔徑O95值，振篩時(shí)間長短的影響是很小的。故振篩時(shí)間由20min縮短為10min.

第11頁/共47頁第十一頁，共48頁。

3．靜電吸附作用：

小粒徑的玻璃珠（或砂粒）與織物試樣反復(fù)摩擦，容易發(fā)生靜電吸附現(xiàn)象，即隨著粒徑的減小，過篩質(zhì)量反而減少。這種現(xiàn)象在振篩時(shí)間較長時(shí)更加明顯。有的研究者建議在試驗(yàn)前將織物試樣浸泡在蒸餾水中1小時(shí)，然后在30士5℃溫度下烘干，以減小靜電吸附作用。第12頁/共47頁第十二頁，共48頁。4．天氣濕度的影響：

當(dāng)相對濕度較大（大于85％)，使用未經(jīng)調(diào)濕處理的無紡織物試樣，將使玻璃珠的過篩量大幅度減少。為消除濕度的影響，有的研究者建議在試驗(yàn)前將織物試樣和玻璃珠保存在低于50℃的烘箱中。5使用范圍：干篩法適用于有孔隙的各類土工織物和復(fù)合土工織物，使用的顆粒材料可以是石英砂、玻璃珠。第13頁/共47頁第十三頁，共48頁。垂直滲透試驗(yàn)1使用范圍：測定常水頭10cm或符合層流條件土工織物的垂直滲透系數(shù)和透水率。

也就是試驗(yàn)水流是按符合達(dá)西定律（DarcyLow)設(shè)計(jì)的第14頁/共47頁第十四頁，共48頁。試驗(yàn)方法中的一些規(guī)定1）試樣面積2）試樣層數(shù)3）試樣與滲透儀內(nèi)壁的接觸止水4）試樣飽和5）試驗(yàn)用水6）流態(tài)控制7）壓力下土工織物的厚度變化8）標(biāo)準(zhǔn)溫度9）試驗(yàn)結(jié)果的取值第15頁/共47頁第十五頁，共48頁。應(yīng)注意的問題1）透水率與滲透系數(shù)的關(guān)系：兩者成正比2）試驗(yàn)結(jié)果要換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度值的滲透系數(shù)，其主要依據(jù)是不同溫度下水的粘滯系數(shù)不同。第16頁/共47頁第十六頁，共48頁。條樣法拉伸試驗(yàn)本方法的有關(guān)規(guī)定1．試樣寬度：規(guī)定兩種寬度，寬條200mm和窄條50mm。為減少“頸縮”影響，使測定的抗拉強(qiáng)度有代表性，也為了靠攏國際標(biāo)準(zhǔn)，建議采用寬條試樣。然而，窄條試樣試驗(yàn)操作方便而迅速，對設(shè)備和技術(shù)的要求比較低，容易掌握，便于統(tǒng)一和比較，故仍保留50mm寬的窄條試樣。2．試樣計(jì)量長度：國內(nèi)外均采用100mm。

第17頁/共47頁第十七頁，共48頁。3，拉伸速率：建議拉伸速率為5Omm/min。一般情況下，拉伸速率越大，測得的強(qiáng)度越高。編寫組進(jìn)行了速率影響的比較試驗(yàn)，速率變化范圍為10、50及100mm/min，當(dāng)速率由10mm/min增大至l00mm/min,強(qiáng)度約增大10％。日本人進(jìn)行的速率影響試驗(yàn)，其試驗(yàn)速率范圍（0.5~20）mm/min，遠(yuǎn)較國內(nèi)采用的低，結(jié)果表明速率影響明顯，對無紡?fù)凉た椢镉绊懜酰紤]實(shí)際工程情況，應(yīng)采用較慢的拉伸速率，大多建議10mm/min。但實(shí)際操作中不可能用太低的速率，如用0.5mm/min的速率，達(dá)100％應(yīng)變時(shí)拉一個(gè)試樣需3個(gè)多小時(shí)，即便如此與實(shí)際情況仍有差別。此外土工織物的不均勻性較大，試驗(yàn)結(jié)果變化幅度較大。因此，參考國外標(biāo)準(zhǔn)中采用了較快的速率，建議20mm/min。

第18頁/共47頁第十八頁，共48頁。4，拉力機(jī)：

條帶拉伸試驗(yàn)采用應(yīng)變控制加荷方式，要求拉力機(jī)具有等速拉伸功能，速率在。0～100mm/min或0～300mm/min范圍內(nèi)變化。兩夾具間的最大間距，根據(jù)試樣計(jì)量長度100m考慮150％的伸長率，加上富裕量，則要求不小于300mm。試驗(yàn)機(jī)的最大拉力，對200mm的寬條試樣來說．以30～50KN為好，可對強(qiáng)度100～200KN/m的土工織物進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)前對拉力機(jī)零點(diǎn)校正及用標(biāo)準(zhǔn)塊作讀數(shù)校正是必不可少的。第19頁/共47頁第十九頁，共48頁。5有待解決的問題——夾具試驗(yàn)時(shí)要求整個(gè)試樣被均勻地夾持在夾具內(nèi)，并要求拉伸時(shí)土工織物在整個(gè)寬度上產(chǎn)生均勻的伸長和均勻的應(yīng)力．當(dāng)沿寬度夾持力不均勻時(shí)，夾持力小而壓不緊部位的纖維易被拉出，造成局部應(yīng)力集中，測出的強(qiáng)度要比沿寬度全部織維同時(shí)斷裂的強(qiáng)度低。對于片狀土工織物，目前國內(nèi)通常采用扁夾具。這種扁夾具的鉗口面為帶有槽（垂直于力的作開方向）的剛性面，靠壓緊螺絲壓緊。對于寬度小的扁夾具，其相對剛度較大，拉力較小，這種夾持方法能取得滿意效果．對于高強(qiáng)土工織物的寬條試樣，采用扁夾具時(shí)，扁夾具沿寬度的；持力是不均勻的，這種夾持方式不夠理想。第20頁/共47頁第二十頁，共48頁。注意的問題1）寬條試樣有效寬度200mm，夾具實(shí)際寬度應(yīng)不小于210mm。（窄條：50mm;60mm)2)選擇拉力機(jī)的滿負(fù)荷量程范圍，使試樣的最大斷裂力在滿量程的10%～90%范圍內(nèi)。3）當(dāng)試樣在鉗口內(nèi)打滑或大多數(shù)試樣被鉗口加壞，要采取措施：a加墊b用涂料加強(qiáng)

c改進(jìn)鉗口面。第21頁/共47頁第二十一頁，共48頁。握持拉伸試驗(yàn)

撕裂試驗(yàn)試驗(yàn)性質(zhì):

1）模擬試驗(yàn)（模擬現(xiàn)場可能出現(xiàn)的材料受力狀況）

2）標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)人為地確定試驗(yàn)參數(shù)使得試驗(yàn)結(jié)果具有可比性。結(jié)果應(yīng)用:

用于選材，不作為設(shè)計(jì)參數(shù)第22頁/共47頁第二十二頁，共48頁。方法的有關(guān)規(guī)定握持拉伸試驗(yàn)

拉伸速率：握持強(qiáng)度為土工織物在快速加荷條件下的質(zhì)量控制指標(biāo)，在ASTMD一1682標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定拉伸速率為300mm/min?？紤]到國內(nèi)一些單位的拉力機(jī)達(dá)不到那么高的速率，暫且規(guī)定拉伸速率為100mm/min，估計(jì)較慢的速率得到的握持強(qiáng)度略為小些。

第23頁/共47頁第二十三頁，共48頁。

夾具尺寸：ASTMD一1682標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，夾具寬25mm,長度方向要求不小于25mm，并不大于50mm。FHWA土工織物手冊中指出，握持試驗(yàn)比較困難，成果分散，夾具尺寸不同將影響握持強(qiáng)度，認(rèn)為應(yīng)明確規(guī)定夾具尺寸，建議夾具長度為50mm。為此本試驗(yàn)中規(guī)定夾具寬25mm，長50mm.

第24頁/共47頁第二十四頁，共48頁。2）撕裂試驗(yàn)拉伸速率：同握持試驗(yàn)規(guī)定一樣，

100mm/min

第25頁/共47頁第二十五頁，共48頁。試樣尺寸：

試樣尺寸為200mmx75mm（長X寬）,梯形長底為100mm，短底為25mm，切縫長15mm。試祥相對較小，一般拉力機(jī)均可進(jìn)行試驗(yàn)，操作較為方便；所建議尺寸與ASTMD一4533中的尺寸一致，ASTMD一4533與D一1117兩標(biāo)準(zhǔn)中的梯形大小相同，只是長度有別，D一4533試樣長200mm,D一1117長150mm，試樣長則夾持面大?？紤]到土工織物強(qiáng)度高，夾持面大不易打滑，故采用較長的試樣。

第26頁/共47頁第二十六頁，共48頁。脹破試驗(yàn)

CBR頂破試驗(yàn)

刺破試驗(yàn)試驗(yàn)性質(zhì)

這三種試驗(yàn)均為模擬試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果可用選材，不作為設(shè)計(jì)參數(shù)。第27頁/共47頁第二十七頁，共48頁。方法規(guī)定脹破試驗(yàn)1．試樣尺寸：由試驗(yàn)可知試樣尺寸變化范圍相當(dāng)大，顯然，隨著試樣尺寸增大脹破強(qiáng)度將減小，很難說那種尺寸最為合適，主要的在于統(tǒng)一尺寸，便于比較。國外參照ASTMD一3786的國家較多；國內(nèi)設(shè)備和試驗(yàn)方法也與AS-TMD一3786一致，故建議試樣尺寸為30.5mm.

第28頁/共47頁第二十八頁，共48頁。2．試驗(yàn)速率：

ASTMD一3786規(guī)定液壓速率為95ml/min，而FHWA手冊中規(guī)定速率為170ml/min，前者是紡織品標(biāo)準(zhǔn)，后者是在前者的基礎(chǔ)上為土工織物制訂的標(biāo)準(zhǔn)，故建議用170ml/min

。

注意：速率的量綱ml/min

。第29頁/共47頁第二十九頁，共48頁。有關(guān)問題

脹破試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便省時(shí)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，成果較穩(wěn)定；其缺點(diǎn)有：

1．由于加壓條件的限制，試樣尺寸小，所得指標(biāo)比現(xiàn)場條件要大；此外，由于試樣小，代表性差．

2．受薄膜限制，不適用于高強(qiáng)土工織物，也不適用于延伸率過大的材料。一般適用于脹破強(qiáng)度在35~8300kPa范圍內(nèi)的土工織物．

3．設(shè)備昂貴。

4．膜片的強(qiáng)度需定期校正，否則影響成果。第30頁/共47頁第三十頁，共48頁。CBR頂破試驗(yàn)

本方法的有關(guān)說明

加荷系統(tǒng):

測力方式以及夾具細(xì)部結(jié)構(gòu)型式，可根據(jù)具體條件采用其它方式，但對夾具及頂壓桿的尺寸均應(yīng)遵照規(guī)定要求，否則對試驗(yàn)成果影響大．第31頁/共47頁第三十一頁，共48頁。2．頂壓速率:對試驗(yàn)成果可能影響不大。在DIN54307中規(guī)定頂壓速率為60mm/min，但接著又作如下說明，“當(dāng)速率在10~100mm/min的范圍內(nèi)變化時(shí)，頂破強(qiáng)度實(shí)際上速率無關(guān)，故無必要保證準(zhǔn)確的速率。”若有條件做比較試驗(yàn)，確認(rèn)在功～100mm/min范圍內(nèi)速率對強(qiáng)度沒有影響，則將方便得多。3安裝試樣時(shí)，要注意夾緊試樣，特別對有紡織物試樣，極易打滑，在夾不緊時(shí)測出的強(qiáng)度值偏低。

第32頁/共47頁第三十二頁，共48頁。

刺破試驗(yàn)本試驗(yàn)?zāi)M帶有尖銳棱角的石子或樹枝刺破土工織物時(shí)的受力狀態(tài)，刺破強(qiáng)度反映土工織物抵抗小面積集中荷載的能力。刺破試驗(yàn)中土工織物的破壞方式表現(xiàn)為纖維的張拉破壞。

第33頁/共47頁第三十三頁，共48頁。本方法的有關(guān)說明

1環(huán)形夾具內(nèi)徑尺寸：建議夾具內(nèi)徑為44.5mm，與FHWA手冊和ASTMD一751的規(guī)定一致。

2頂桿端部形狀：要求頂桿端部為平頭，與FHWA的規(guī)定一致。刺破試驗(yàn)中土工織物的破壞形式表現(xiàn)為纖維的拉伸破壞。當(dāng)采用金屬的半圓球頂桿刺人有紡?fù)凉た椢飼r(shí)，半圓球端頭往往在纖維間產(chǎn)生滑動(dòng)而不能將纖維拉斷。在FHWA手冊中明確指出，應(yīng)采用平頭金屬桿代替半圓球的。第34頁/共47頁第三十四頁，共48頁。3頂刺速率：建議采用1O0mm/min的頂刺速率，是按照國際通用標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。一般說，速率低，強(qiáng)度將有所降低。4目前國內(nèi)進(jìn)行刺破強(qiáng)度試驗(yàn)的單位不很多，但刺破強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)備是比較容易建置的，只要有拉力機(jī)或壓力機(jī)，再加工一副環(huán)形夾具和一根頂桿即行。第35頁/共47頁第三十五頁，共48頁。拉拔摩擦試驗(yàn)規(guī)定的依據(jù)1．試驗(yàn)方法：不管采用何種設(shè)備進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，施加拉拔荷載均有應(yīng)力控制和應(yīng)變控制之分。應(yīng)力控制法可能較接近施工加荷條件，但此法的重要缺點(diǎn)是拉拔力一旦達(dá)到最大值（指界面剪應(yīng)力），織物會(huì)立即被拔出，往往測不到拉動(dòng)后的拉拔力和拉伸位移量，因而得不到界面的峰值摩捺強(qiáng)度和殘余值摩擦強(qiáng)度。第36頁/共47頁第三十六頁，共48頁。

而應(yīng)變控制法較接近完工后的長期運(yùn)用條件。對拉拔伸長率較大的無紡?fù)凉た椢铮淠Σ翉?qiáng)度受拉拔速率的影響較顯著，采用應(yīng)變控制法為好。

在試驗(yàn)中，應(yīng)保證軸向加荷，織物夾具要牢固，并防止打滑．第37頁/共47頁第三十七頁，共48頁。2．試樣尺寸：研究表明，試樣尺寸對試驗(yàn)成果的影響程度與織物的伸長率、垂直荷載和土的類別、性質(zhì)有關(guān)。試樣大些可能更接近現(xiàn)場情況，但設(shè)備因而也得加大。建議試樣寬度略小于試驗(yàn)儀器寬度，而長度應(yīng)小于或等于拔出長度，拔出長度可由試驗(yàn)確定。拉拔過程中要求材料沒有太大的變形，否則試樣面積不易準(zhǔn)確，且摩阻力分布更不均勻。對強(qiáng)度低剛度小的試樣長度小些為好。

第38頁/共47頁第三十八頁，共48頁。3．拉拔速率

1）由于設(shè)備本身結(jié)構(gòu)的限制，一般都難以嚴(yán)格控制試驗(yàn)過程中界面的排水條件。與常規(guī)土工直剪試驗(yàn)相似，常依賴調(diào)整拉拔速率來近似控制．速率快慢對試驗(yàn)成果主要有兩方面的影響；①界面上的孔隙水壓力；②材料的應(yīng)力松弛。

第39頁/共47頁第三十九頁，共48頁。2）界面上的孔隙水壓力改變界面摩擦強(qiáng)度?？焖倮螘r(shí)（不排水拉