土工膜土工布界面剪切强度研究现状

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土工膜土工布界面剪切强度研究现状

山东茂隆新材料科技有限公司 2021-06-18 1286


土工膜具有极低的渗透系数,被广泛应用于填埋场的衬垫系统中。为控制土工膜在长期使用过程中不产生过大的下凹变形,一般在其上部铺设一层土工布。土工膜与土工布作为填埋场衬垫系统的一部分,其界面剪切强度受到了大量研究人员们的关注。起初,人们对GM/GT界面剪切强度的止步于定性试验分析阶段。随着研究的不断深入,研究人员逐渐开始对各种类型的土工膜,尤其是糙面土工膜与土工布界面剪切强度产生的原因和影响因素做出了定量分析,并总结出了相应的剪切破坏机理。根据多种类型的土工膜与土工布界面剪切试验发现,光面土工膜和糙面土工膜与无纺布土工界面的剪应力-位移关系曲线都表现出明显的应变软化特性,糙面土工膜/土工布界面的峰值剪切强度明显高于光面土工膜/土工布界面,并且其峰值位移也更大。通过对土工膜与无纺布界面分别在干燥和潮湿状态下进行剪切试验后发现,糙面土工膜与无纺布界面在干燥状态下的剪应力-位移关系曲线表现出一定的应变硬化特性,而在潮湿状态下表现为应变软化特性;潮湿状态下由于存在吸力作用,相同材料界面的剪切强度在潮湿状态下更高;土工膜与土工布界面的粘聚力在干燥状态下较大,而在潮湿状态下将趋近为0,可以忽略不计。根据土工膜与土工布界面的大型斜坡模型试验发现,当外部剪应力小于土工膜/土工布界面的峰值强度时,界面处于弹性阶段,其内部不会产生较大的剪切位移,上覆材料锚固端的拉力也很小;当外部剪应力大于峰值强度时,界面会逐渐进入到残余状态,并最终达到残余强度,同时上覆材料锚固端会产生较大拉力,严重时甚至会被完全拉断。根据不同加糙方式的糙面土工膜与无纺布界面的剪切试验发现,糙面土工膜与无纺布界面都具有较大的峰后强度损失,造成这种现象的原因包括无纺布表面纤维在剪切过程中被撕裂拉扯,使得纤维排列方式与剪切方向平行,以及糙面土工膜表面粗糙颗粒或纹理在剪切过程中被磨损。在高法向应力作用下,强度损失的原因还包括糙面土工膜表面粗糙颗粒或纹理被压平。通过对土工膜与无纺布界面进行改变法向应力状态下的的持续剪切试验发现,在相同初始法向应力状态下,土工膜/无纺布界面在改变法向应力之前所经历的剪切位移越大,在改变法向应力之后的峰值剪切强度和大位移剪切强度越小;其应变软化程度的大小也会影响改变法向应力之后峰值剪切强度和大位移剪切强度的大小。根据糙面土工膜与无纺布界面的剪切试验结果,提出了糙面土工膜与无纺布界面峰后强度降低机理。研宄发现,在应力范围内,无论是共挤还是层压型糙面土工膜,峰后强度下降的主要原因都是剪切过程中糙面土工膜表面出现了小规模磨损。通过对土工膜与土工布界面剪切强度与其接触状态之间的关系进行研究后发现,界面接触状态中糙面土工膜表面粗糙颗粒周围裹覆的纤维数量以及裹覆纤维的密度是影响糙面土工膜与土工布界面剪切强度的主要参数,即使法向应力维持不变,通过改变界面接触状态也可以使糙面土工膜与土工布界面的剪切强度发生改变。通过对糙面土工膜与无纺布界面剪切强度的形成原因及影响因素进行研宄后发现,影响糙面土工膜/无纺布界面峰值摩擦系数的主要因素是法向应力,而影响其残余摩擦系数的主要因素不仅包含法向应力,还包含材料特性等其他因素;二者界面剪切强度形成的原因是剪切过程中糙面土工膜表面粗糙颗粒对无纺布纤维产生的嵌入拉伸作用,其峰值剪切强度发展到大位移剪切强度的过程即就是糙面土工膜表面粗糙颗粒达到磨损稳定以及无纺布纤维完成定向排列的过程。形成糙面土工膜与无纺布界面剪切强度的主要因素是糙面土工膜表面粗糙颗粒与无纺布纤维之间所产生的勾扯效应;糙面土工膜表面粗糙颗粒越高、排列越密集,所产生的勾扯效应就越强烈,相应地其界面剪切强度也越大,但是当排列过于密集时,糙面土工膜表面会变得相对均匀平整,反而会对勾扯效应产生削弱作用,导致剪切强度出现降低。通过对三种快速成型技术所制成的糙面土工膜与土工布界面直剪试验结果发现,相较于传统加糙方式制成的土工膜,钩状微凸体土工膜与土工布界面峰值剪切强度增加了69%。糙面土工膜表面粗糙颗粒间距和高度的改变均会对土工膜/土工布界面剪切强度产生影响。

土工膜土工布界面剪切强度研究现状


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