土工膜土工布界面剪切強(qiáng)度研究現(xiàn)狀
土工膜具有極低的滲透系數(shù),被廣泛應(yīng)用于填埋場的襯墊系統(tǒng)中。為控制土工膜在長期使用過程中不產(chǎn)生過大的下凹變形,一般在其上部鋪設(shè)一層土工布。土工膜與土工布作為填埋場襯墊系統(tǒng)的一部分,其界面剪切強(qiáng)度受到了大量研究人員們的關(guān)注。起初,人們對GM/GT界面剪切強(qiáng)度的止步于定性試驗(yàn)分析階段。隨著研究的不斷深入,研究人員逐漸開始對各種類型的土工膜,尤其是糙面土工膜與土工布界面剪切強(qiáng)度產(chǎn)生的原因和影響因素做出了定量分析,并總結(jié)出了相應(yīng)的剪切破壞機(jī)理。
根據(jù)多種類型的土工膜與土工布界面剪切試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),光面土工膜和糙面土工膜與無紡布土工界面的剪應(yīng)力-位移關(guān)系曲線都表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變軟化特性,糙面土工膜/土工布界面的峰值剪切強(qiáng)度明顯高于光面土工膜/土工布界面,并且其峰值位移也更大。
通過對土工膜與無紡布界面分別在干燥和潮濕狀態(tài)下進(jìn)行剪切試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),糙面土工膜與無紡布界面在干燥狀態(tài)下的剪應(yīng)力-位移關(guān)系曲線表現(xiàn)出一定的應(yīng)變硬化特性,而在潮濕狀態(tài)下表現(xiàn)為應(yīng)變軟化特性;潮濕狀態(tài)下由于存在吸力作用,相同材料界面的剪切強(qiáng)度在潮濕狀態(tài)下更高;土工膜與土工布界面的粘聚力在干燥狀態(tài)下較大,而在潮濕狀態(tài)下將趨近為0,可以忽略不計(jì)。
根據(jù)土工膜與土工布界面的大型斜坡模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)外部剪應(yīng)力小于土工膜/土工布界面的峰值強(qiáng)度時(shí),界面處于彈性階段,其內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生較大的剪切位移,上覆材料錨固端的拉力也很小;當(dāng)外部剪應(yīng)力大于峰值強(qiáng)度時(shí),界面會(huì)逐漸進(jìn)入到殘余狀態(tài),并最終達(dá)到殘余強(qiáng)度,同時(shí)上覆材料錨固端會(huì)產(chǎn)生較大拉力,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)煌耆瓟唷?/span>
根據(jù)不同加糙方式的糙面土工膜與無紡布界面的剪切試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),糙面土工膜與無紡布界面都具有較大的峰后強(qiáng)度損失,造成這種現(xiàn)象的原因包括無紡布表面纖維在剪切過程中被撕裂拉扯,使得纖維排列方式與剪切方向平行,以及糙面土工膜表面粗糙顆?;蚣y理在剪切過程中被磨損。在高法向應(yīng)力作用下,強(qiáng)度損失的原因還包括糙面土工膜表面粗糙顆?;蚣y理被壓平。
通過對土工膜與無紡布界面進(jìn)行改變法向應(yīng)力狀態(tài)下的的持續(xù)剪切試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在相同初始法向應(yīng)力狀態(tài)下,土工膜/無紡布界面在改變法向應(yīng)力之前所經(jīng)歷的剪切位移越大,在改變法向應(yīng)力之后的峰值剪切強(qiáng)度和大位移剪切強(qiáng)度越?。黄鋺?yīng)變軟化程度的大小也會(huì)影響改變法向應(yīng)力之后峰值剪切強(qiáng)度和大位移剪切強(qiáng)度的大小。
根據(jù)糙面土工膜與無紡布界面的剪切試驗(yàn)結(jié)果,提出了糙面土工膜與無紡布界面峰后強(qiáng)度降低機(jī)理。研宄發(fā)現(xiàn),在應(yīng)力范圍內(nèi),無論是共擠還是層壓型糙面土工膜,峰后強(qiáng)度下降的主要原因都是剪切過程中糙面土工膜表面出現(xiàn)了小規(guī)模磨損。
通過對土工膜與土工布界面剪切強(qiáng)度與其接觸狀態(tài)之間的關(guān)系進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn),界面接觸狀態(tài)中糙面土工膜表面粗糙顆粒周圍裹覆的纖維數(shù)量以及裹覆纖維的密度是影響糙面土工膜與土工布界面剪切強(qiáng)度的主要參數(shù),即使法向應(yīng)力維持不變,通過改變界面接觸狀態(tài)也可以使糙面土工膜與土工布界面的剪切強(qiáng)度發(fā)生改變。
通過對糙面土工膜與無紡布界面剪切強(qiáng)度的形成原因及影響因素進(jìn)行研宄后發(fā)現(xiàn),影響糙面土工膜/無紡布界面峰值摩擦系數(shù)的主要因素是法向應(yīng)力,而影響其殘余摩擦系數(shù)的主要因素不僅包含法向應(yīng)力,還包含材料特性等其他因素;二者界面剪切強(qiáng)度形成的原因是剪切過程中糙面土工膜表面粗糙顆粒對無紡布纖維產(chǎn)生的嵌入拉伸作用,其峰值剪切強(qiáng)度發(fā)展到大位移剪切強(qiáng)度的過程即就是糙面土工膜表面粗糙顆粒達(dá)到磨損穩(wěn)定以及無紡布纖維完成定向排列的過程。
形成糙面土工膜與無紡布界面剪切強(qiáng)度的主要因素是糙面土工膜表面粗糙顆粒與無紡布纖維之間所產(chǎn)生的勾扯效應(yīng);糙面土工膜表面粗糙顆粒越高、排列越密集,所產(chǎn)生的勾扯效應(yīng)就越強(qiáng)烈,相應(yīng)地其界面剪切強(qiáng)度也越大,但是當(dāng)排列過于密集時(shí),糙面土工膜表面會(huì)變得相對均勻平整,反而會(huì)對勾扯效應(yīng)產(chǎn)生削弱作用,導(dǎo)致剪切強(qiáng)度出現(xiàn)降低。
通過對三種快速成型技術(shù)所制成的糙面土工膜與土工布界面直剪試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),相較于傳統(tǒng)加糙方式制成的土工膜,鉤狀微凸體土工膜與土工布界面峰值剪切強(qiáng)度增加了69%。糙面土工膜表面粗糙顆粒間距和高度的改變均會(huì)對土工膜/土工布界面剪切強(qiáng)度產(chǎn)生影響。

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