用于岩土工程的土工合成材料优秀PPT.ppt

用于岩土工程的土土 工工 合合 成成 材材 料料检测人员的要求检测人员的要求1试验要达到什么目的，依据什么原理2运用的仪器设备、方法步骤3试验应获得那些数据，分析出什么结论4试验中的留意事项，误差的初步分析5分析试验设计与实际问题的联系试验方法的共同规定主要内容主要内容:1制样方法试样裁剪试样裁剪22式样调湿（重点）（重点）3温度202相对湿度6010%4标准大气压24小时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确定的影响。2本试验方法的依据本试验方法是依据国内外广泛接受的方法和原理，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，好用，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，则依据我国实际状况作如下修改。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）。驾驭重点驾驭重点 1）试样面积应不小于）试样面积应不小于10 cm2 2）试样数量不少于）试样数量不少于10块块 厚厚 度度 测测 定定1国外状况国外状况2 3 ISO/TC38/SC21/1987 土建工程土建工程用纺织品分委员会通过的草案规定的厚度测用纺织品分委员会通过的草案规定的厚度测试方法：试样块数不少于试方法：试样块数不少于10 块；加压面积块；加压面积25cm.，试样最小面积大于仪器压脚面积，试样最小面积大于仪器压脚面积的的2 倍；所加压力为倍；所加压力为2、20、200kPa，加，加压时间为压时间为30s；每块试样测试；每块试样测试1 次。测试环次。测试环境规定的标准测试条件为，温度境规定的标准测试条件为，温度20 ，相，相对湿度对湿度RH 为为65%，调湿时间为，调湿时间为24h。2本方法规定的依据本方法规定的依据 本方法依据国内外广泛接受的方法和本方法依据国内外广泛接受的方法和原理，并结合我国状况制定的。实践与分原理，并结合我国状况制定的。实践与分析证明，国际标准化组织（析证明，国际标准化组织（ISO）拟定）拟定的方法草案是合理的，好用的，且为大多的方法草案是合理的，好用的，且为大多数国家所接受，故编写本方法时主要参考数国家所接受，故编写本方法时主要参考了其中的一些规定和条件。了其中的一些规定和条件。3重点：试样安装完毕起先计时，达重点：试样安装完毕起先计时，达 30S 时记录百分表读数。时记录百分表读数。孔径试验（干筛法）1 测试方法的选择测试方法的选择 测定土工织物孔径的方法有干脆法和间测定土工织物孔径的方法有干脆法和间接法两大类，干脆法包括显微镜测读法接法两大类，干脆法包括显微镜测读法和投影放大测读法；间接法有干筛法、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，孔隙法和渗透法等。对孔隙尺寸较大，孔隙形态较规则的有纺织物可以接受干脆法，形态较规则的有纺织物可以接受干脆法，2关键问题关键问题31）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，接受相同的石英砂粒料，当接受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。2 振筛持续时间：振筛持续时间：干筛法试验持续时间较长，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，以组筛框及底盘系统同时振筛，以削减试验总持续时间，但探讨是削减试验总持续时间，但探讨是否能削减每次振筛持续时间仍是否能削减每次振筛持续时间仍是有意义的。试验证明，假如试验有意义的。试验证明，假如试验只需确定等效孔径只需确定等效孔径O95 值，振值，振筛时间长短的影响是很小的。故筛时间长短的影响是很小的。故振筛时间由振筛时间由20min缩短为缩短为10min.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，简洁发生静电吸附现象，即随着粒径的减小，过筛质量反而削减。这种现象在振筛时间较长时更加明显。有的探讨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。4天气湿度的影响：当相对湿度较大（大于85)，运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削减。为消退湿度的影响，有的探讨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运用范围：干筛法适用于有孔隙的各类土工织物和复合土工织物，运用的颗粒材料可以是石英砂、玻璃珠。垂直渗透试验1 运用范围：运用范围：测定常水头测定常水头10cm或符合层流条件土工织或符合层流条件土工织物的垂直渗透系数和透水率。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 Low)设计的设计的2试验方法中的一些规定试验方法中的一些规定31）试样面积）试样面积42）试样层数）试样层数53）试样与渗透仪内壁的接触止水）试样与渗透仪内壁的接触止水64）试样饱和）试样饱和75）试验用水）试验用水86）流态限制）流态限制97）压力下土工织物的厚度变更）压力下土工织物的厚度变更108）标准温度）标准温度119）试验结果的取值）试验结果的取值3应留意的问题41）透水率与渗透系数的关系：两者成正比52）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。条样法拉伸试验1本方法的有关规定本方法的有关规定21 试样宽度：规定两种宽度，宽条试样宽度：规定两种宽度，宽条200mm 和窄条和窄条50mm。为削减。为削减“颈颈缩缩”影响，使测定的抗拉强度有代表性，影响，使测定的抗拉强度有代表性，也为了靠拢国际标准，建议接受宽条试也为了靠拢国际标准，建议接受宽条试样。然而，窄条试样试验操作便利而快样。然而，窄条试样试验操作便利而快速，对设备和技术的要求比较低，简洁速，对设备和技术的要求比较低，简洁驾驭，便于统一和比较，故仍保留驾驭，便于统一和比较，故仍保留50mm 宽的窄条试样。宽的窄条试样。32 试样计量长度：国内外均接受试样计量长度：国内外均接受100mm。3，拉伸速率：，拉伸速率：建议拉伸速率为建议拉伸速率为5Omm/min。一。一般状况下，拉伸速率越大，测得的强度般状况下，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越高。编写组进行了速率影响的比较试验，速率变更范围为验，速率变更范围为10、50 及及100 mm/min，当速率由，当速率由1 0mm/min 增增大至大至l00mm/min,强度约增大强度约增大10。日本人进行的速率影响试验，其试验速日本人进行的速率影响试验，其试验速率范围（率范围（0.5 20）mm/min，远，远较国内接受的低，结果表明速率影响明较国内接受的低，结果表明速率影响明显，对无纺土工织物影响更甚考虑实显，对无纺土工织物影响更甚考虑实际工程状况，应接受较慢的拉伸速率，际工程状况，应接受较慢的拉伸速率，大多建议大多建议10mm/min。但实际操作中。但实际操作中不行能用太低的速率，如用不行能用太低的速率，如用0.5mm/min 的速率，达的速率，达100 应变时拉一个试应变时拉一个试样需样需3 个多小时，即便如此与实际状况个多小时，即便如此与实际状况仍有差别。此外土工织物的不匀整性较仍有差别。此外土工织物的不匀整性较大，试验结果变更幅度较大。因此，参大，试验结果变更幅度较大。因此，参考国外标准中接受了较快的速率，建议考国外标准中接受了较快的速率，建议20 mm/min。4，拉力机：，拉力机：条带拉伸试验接受应变限制加荷方式，条带拉伸试验接受应变限制加荷方式，要求拉力机具有等速拉伸功能，速率在。要求拉力机具有等速拉伸功能，速率在。0100 mm/min 或或0300mm/min 范围内变更。两夹具间的最大间距，范围内变更。两夹具间的最大间距，依据试样计量长度依据试样计量长度100m 考虑考虑150 的的伸长率，加上富有量，则要求不小于伸长率，加上富有量，则要求不小于300mm。试验机的最大拉力，对试验机的最大拉力，对200mm 的宽条试样来说以的宽条试样来说以3050KN为好，可对强度为好，可对强度100200KN/m的土工织物进行试验。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试验前对拉力机零点校正及用标准块作读数校正是必不行少的。作读数校正是必不行少的。5 有待解决的问题有待解决的问题夹具夹具 试验时要求整个试样被匀整地夹持在试验时要求整个试样被匀整地夹持在夹具内，并要求拉伸时土工织物在整个夹具内，并要求拉伸时土工织物在整个宽度上产生匀整的伸长和匀整的应力宽度上产生匀整的伸长和匀整的应力当沿宽度夹持力不匀整时，夹持力小而当沿宽度夹持力不匀整时，夹持力小而压不紧部位的纤维易被拉出，造成局部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。对于片状土工织维同时断裂的强度低。对于片状土工织物，目前国内通常接受扁夹具。这种织物，目前国内通常接受扁夹具。这种扁夹具的钳口面为带有槽（垂直于力的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。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，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足效拉力较小，这种夹持方法能取得满足效果对于高强土工织物的宽条试样，接果对于高强土工织物的宽条试样，接受扁夹具时，扁夹具沿宽度的；持力是受扁夹具时，扁夹具沿宽度的；持力是不匀整的，这种夹持方式不够志向。不匀整的，这种夹持方式不够志向。6留意的问题留意的问题71）宽条试样有效宽度）宽条试样有效宽度200mm，夹具实际宽度应，夹具实际宽度应不小于不小于210mm。（窄条：。（窄条：50mm;60mm)82)选择拉力机的满负荷量程选择拉力机的满负荷量程范围，使试样的最大断裂力范围，使试样的最大断裂力在满量程的在满量程的10%90%范范围内。围内。93）当试样在钳口内打滑或）当试样在钳口内打滑或大多数试样被钳口加坏，要大多数试样被钳口加坏，要实行措施：实行措施：a 加垫加垫 b 用涂用涂料加强料加强10 c 改进钳口面。改进钳口面。握握 持持 拉拉 伸伸 试试 验验撕撕 裂裂 试试 验验1试验性质试验性质: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3方法的有关规定方法的有关规定4握握 持持 拉拉 伸伸 试试 验验5 拉伸速率：握持强度为土工织拉伸速率：握持强度为土工织物在快速加荷条件下的质量限制指物在快速加荷条件下的质量限制指标，在标，在ASTMD 一一1 682 标准中规标准中规定拉伸速率为定拉伸速率为300 mm/min。考虑到国内一些单位的拉力机达不考虑到国内一些单位的拉力机达不到那么高的速率，暂且规定拉伸速到那么高的速率，暂且规定拉伸速率为率为100mm/min，估计较慢的，估计较慢的速率得到的握持强度略为小些。速率得到的握持强度略为小些。6 夹具尺寸：夹具尺寸：ASTMD 一一1682 标准中规定，标准中规定，夹具宽夹具宽25mm,长度方向要求不小于长度方向要求不小于25mm，并不大于，并不大于50mm。FHWA 土工织物手册中土工织物手册中指出，握持试验比较困难，成果分散，夹具尺指出，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，建议夹具长度为尺寸，建议夹具长度为50mm。为此本试验为此本试验中规定夹具宽中规定夹具宽25mm，长，长50mm.2）撕撕 裂裂 试试 验验 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试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸为试样尺寸为200mmx75mm（长（长X 宽）宽）,梯形长底为梯形长底为100mm，短底为，短底为25mm，切，切缝长缝长15mm。试祥相对较小，。试祥相对较小，一般拉力机均可进行试验，操作一般拉力机均可进行试验，操作较为便利；所建议尺寸与较为便利；所建议尺寸与ASTMD 一一4533 中的尺寸一样，中的尺寸一样，ASTMD 一一4533 与与D 一一1117 两标准中的梯形大小相同，只是两标准中的梯形大小相同，只是长度有别，长度有别，D 一一4533 试样长试样长200mm,D 一一1117 长长150mm，试样长则夹持面大。，试样长则夹持面大。考虑到土工织物强度高，夹持面考虑到土工织物强度高，夹持面大不易打滑，故接受较长的试样。大不易打滑，故接受较长的试样。胀破试验胀破试验CBR顶破试验顶破试验刺破试验刺破试验1试验性质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。2方法规定方法规定3胀破试验胀破试验41 试样尺寸：由试验可知试试样尺寸：由试验可知试样尺寸变更范围相当大，明显，样尺寸变更范围相当大，明显，随着试样尺寸增大胀破强度将随着试样尺寸增大胀破强度将减小，减小，5很难说那种尺寸最为合适，主很难说那种尺寸最为合适，主要的在于统一尺寸，便于比较。要的在于统一尺寸，便于比较。国外参照国外参照ASTMD 一一3786 的国的国家较多；国内设备和试验方法家较多；国内设备和试验方法也与也与AS-TMD 一一3786 一样，一样，故建议试样尺寸为故建议试样尺寸为30.5mm.2 试验速率：试验速率：ASTMD 一一3786 规定液压速率规定液压速率为为95ml/min，而，而FHWA 手册中手册中规定速率为规定速率为170ml/min，前者是，前者是纺织品标准，后者是在前者的基础纺织品标准，后者是在前者的基础上为土工织物制订的标准，故建议上为土工织物制订的标准，故建议用用170ml/min。留意：速率的量纲留意：速率的量纲 ml/min。3有关问题有关问题胀破试验的优点是操作简便省时，积累胀破试验的优点是操作简便省时，积累了确定的阅历，成果较稳定；其缺点有：了确定的阅历，成果较稳定；其缺点有：1 由于加压条件的限制，试样尺寸小，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，由于所得指标比现场条件要大；此外，由于试样小，代表性差试样小，代表性差2 受薄膜限制，不适用于高强土工织受薄膜限制，不适用于高强土工织物，也不适用于延长率过大的材料。一物，也不适用于延长率过大的材料。一般适用于胀破强度在般适用于胀破强度在35 8300kPa 范范围内的土工织物围内的土工织物4 3 设备昂贵。设备昂贵。5 4 膜片的强度需定期校正，否则膜片的强度需定期校正，否则影响成果。影响成果。CBR顶破试验顶破试验 本方法的有关说明本方法的有关说明加荷系统加荷系统:测力方式以及夹具细部结构型式，测力方式以及夹具细部结构型式，可依据具体条件接受其它方式，但可依据具体条件接受其它方式，但对夹具及顶压杆的尺寸均应遵照规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定要求，否则对试验成果影响大2顶压速率:对试验成果可能影响不大。在DIN54307中规定顶压速率为60mm/min，但接着又作如下说明，“当速率在10100mm/min的范围内变更时，顶破强度事实上速率无关，故无必要保证精确的速率。”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，则将便利得多。3安装试样时，要留意夹紧试样，特殊对有纺织物试样，极易打滑，在夹不紧时测出的强度值偏低。刺破试验刺破试验 本试验模拟带有尖锐棱角的石子或树枝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，刺破强度刺破土工织物时的受力状态，刺破强度反映土工织物反抗小面积集中荷载的实反映土工织物反抗小面积集中荷载的实力。刺破试验中土工织物的破坏方式表力。刺破试验中土工织物的破坏方式表现为纤维的张拉破坏。现为纤维的张拉破坏。本方法的有关说明本方法的有关说明1 环形夹具内径尺寸：建议夹环形夹具内径尺寸：建议夹具内径为具内径为44.5mm，与，与FHWA 手册和手册和ASTM D 一一751 的规定的规定一样。一样。2 顶杆端部形态：要求顶杆端部顶杆端部形态：要求顶杆端部为平头，与为平头，与FHWA 的规定一样。的规定一样。刺破试验中土工织物的破坏形式刺破试验中土工织物的破坏形式表现为纤维的拉伸破坏。当接受表现为纤维的拉伸破坏。当接受金属的半圆球顶杆刺人有纺土工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。间产生滑动而不能将纤维拉断。在在FHWA 手册中明确指出，应手册中明确指出，应接受平头金属杆代替半圆球的。接受平头金属杆代替半圆球的。3 顶刺速率：建议接受顶刺速率：建议接受1O0mm/min 的顶刺速率，是依据国际通用的顶刺速率，是依据国际通用标准的规定。一般说，速率低，强标准的规定。一般说，速率低，强度将有所降低。度将有所降低。4 目前国内进行刺破强度试验的单位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不很多，但刺破强度试验设备是比较简洁建置的，只要有拉力机或压较简洁建置的，只要有拉力机或压力机，再加工一副环形夹具和一根力机，再加工一副环形夹具和一根顶杆即行。顶杆即行。拉拔摩擦试验拉拔摩擦试验规定的依据规定的依据1 试验方法：不管接受何种设备进试验方法：不管接受何种设备进行拉拔试验，施加拉拔荷载均有应行拉拔试验，施加拉拔荷载均有应力限制和应变限制之分。应力限制力限制和应变限制之分。应力限制法可能较接近施工加荷条件，但此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），织物会马大值（指界面剪应力），织物会马上被拔出，往往测不到拉动后的拉上被拔出，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面的峰值摩捺强度和残余值摩擦强度。度。而应变限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，接受应变限制法为好。在试验中，应保证轴向加荷，织物夹具要坚固，并防止打滑2 试样尺寸：试样尺寸：探讨表明，试样尺寸对试验成果的影响程度与探讨表明，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状况，但设备因关。试样大些可能更接近现场状况，但设备因而也得加大。建议试样宽度略小于试验仪器宽而也得加大。建议试样宽度略小于试验仪器宽度，而长度应小于或等于拔出长度，拔出长度度，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，否则试样面积不易精确，且摩阻力分的变形，否则试样面积不易精确，且摩阻力分布更不匀整。对强度低刚度小的试样长度小些布更不匀整。对强度低刚度小的试样长度小些为好。为好。3 拉拔速率拉拔速率1）由于设备本身结构的限制，一）由于设备本身结构的限制，一般都难以严格限制试验过程中界面般都难以严格限制试验过程中界面的排水条件。与常规土工直剪试验的排水条件。与常规土工直剪试验相像，常依靠调整拉拔速率来近似相像，常依靠调整拉拔速率来近似限制速率快慢对试验成果主要有限制速率快慢对试验成果主要有两方面的影响；两方面的影响；界面上的孔隙水界面上的孔隙水压力；压力；材料的应力松弛。材料的应力松弛。2）界面上的孔隙水压力变更界面摩擦强度。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，所以法向压力增至确定值后，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，在试验中简洁出现过早的拉拔破坏。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0.23mmmin，砂性土为0.5mm/min，可依据现场条件作适当选择4饱和问题：假如预料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。谢 谢