專題：土工合成材料的蠕變特性和試驗(yàn)方法

1、土工合成材料的土工合成材料的蠕變特性蠕變特性 和和 試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法概要概要1 1、蠕變機(jī)理、蠕變機(jī)理2 2、影響蠕變的因素、影響蠕變的因素3 3、蠕變試驗(yàn)方法、蠕變試驗(yàn)方法土工合成材料具有明顯的蠕變特性， 蠕變是土工合成材料的一種重要特性。是指在長期固定荷載作用下，材料的變形隨時(shí)間增長的現(xiàn)象。土工合成材料的原料主要有：聚脂（PET）聚丙烯（PP）聚乙烯（PE）高密度聚乙烯（HDPE）粘彈性特點(diǎn)：在不變拉伸荷載的作用下，拉應(yīng)變值不是唯一的，而是隨荷載的作用時(shí)間不斷地發(fā)展。幾個(gè)重要的指標(biāo)影響聚合物的蠕變特性:玻璃化溫度玻璃化溫度Tg 指非晶態(tài)聚合物從非晶態(tài)聚合物從玻璃態(tài)玻璃態(tài)向向高彈態(tài)高彈態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)

2、變的臨界溫度變的臨界溫度 不同聚合物的Tg是不同的: PET 的Tg約75 PP的Tg在1015 ，HDPE的Tg約80 拉伸取向拉伸取向 聚合物的拉伸過程分3 個(gè)階段: 彈性階段水平階段再增長 所謂取向取向是指使分子鍵定向排列， 這時(shí)聚合物呈各向異性，取向方向的強(qiáng)度大大提高了。分子量分子量 要使聚合物具有一定的強(qiáng)度，其分子量必須達(dá)到一定的數(shù)量以上 分子量的范圍也有嚴(yán)格的要求，分布范圍過寬將影響分子的取向。影響蠕變的因素除聚合物的種類外，還與這些有關(guān)：影響蠕變的因素除聚合物的種類外，還與這些有關(guān)：蠕變時(shí)所受的力越大所受的力越大， 蠕變速率就越大蠕變速率就越大。荷載較大時(shí)， 土工合成材料的蠕變變

3、形趨于不穩(wěn)定。蠕變變形趨于不穩(wěn)定。PET受荷載水平影響很小，而PP受荷載水平影響很大，當(dāng)荷載水平增加時(shí)，需要很長時(shí)間和較大變形才能使變形率達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。荷載水平（筋材所受拉力/抗拉強(qiáng)度）在同一外荷載水平下，蠕變量和蠕變速率隨著溫度增加而提高隨著溫度增加而提高。當(dāng)荷載水平高、溫度高時(shí)， 溫度效應(yīng)明顯；當(dāng)荷載水平低、溫度低時(shí)， 蠕變受溫度影響小。溫度通過影響分子間的連接來影響土工織物的蠕變特性，溫度對PP，HDPE 蠕變特性的影響比PET 大。溫度在相同的應(yīng)力水平、溫度與時(shí)間條件下，當(dāng)土工織物受到土側(cè)限時(shí)，兩者間的摩擦阻力降低了土工織物的蠕變性。尤其在初步蠕變階段，側(cè)限大大減小了蠕變現(xiàn)象。側(cè)限條

4、件相同之處：相同之處：1.1.都是在無側(cè)限條件下的試驗(yàn)，即在空氣中的試驗(yàn)；都是在無側(cè)限條件下的試驗(yàn)，即在空氣中的試驗(yàn)；2.2.施加的荷載精度均為施加的荷載精度均為 1 % 1 %。u引用標(biāo)準(zhǔn)：引用標(biāo)準(zhǔn)： ASTMD5262-95土工合成材料無側(cè)限條件下的拉伸蠕變特性試驗(yàn)u試驗(yàn)設(shè)備及用具試驗(yàn)設(shè)備及用具1 1 試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置：1 1.試驗(yàn)儀器應(yīng)安裝在無振動的地方。2.2.當(dāng)有多臺試驗(yàn)儀時(shí)，每臺試驗(yàn)儀應(yīng)是獨(dú)立的，互不干擾的，當(dāng)對一臺儀器的試樣加荷，或某一臺儀器的試樣發(fā)生斷裂而引起的顫抖或振動對周邊試驗(yàn)應(yīng)無影響。3 3.試驗(yàn)室的室溫應(yīng)保持為室溫應(yīng)保持為(20(202)2)，相對濕度為，相對濕度為(6

5、0(6010)%10)%。2 2 夾具夾具：應(yīng)符合規(guī)程9.3.2規(guī)定。3 3 加荷裝置加荷裝置：可采用砝碼、杠桿或氣壓方式砝碼、杠桿或氣壓方式，加荷要求迅速而乎穩(wěn)，并在試驗(yàn)過程中保持不變。荷載精確度應(yīng)控制在所加荷載的1%范圍內(nèi)。4 4 伸長計(jì)伸長計(jì)：用以測定伸長量，讀數(shù)應(yīng)精確至0.003mm。u試樣制備試樣制備1.1.試樣尺寸：1.應(yīng)采用寬條試樣。2.對于斷裂強(qiáng)度大于100kN/m的高強(qiáng)土工織物，如受到設(shè)備限制，可用寬100mm的試樣替代寬200mm的試樣。3.對于土工格柵，試樣至少應(yīng)包含3根縱向筋條及1根橫向肋條。2.2.分別剪取縱向及橫向試樣。試樣數(shù)量根據(jù)試驗(yàn)需要決定1.當(dāng)設(shè)計(jì)需要不同荷載

6、水平的蠕變特性時(shí)，可采用4級荷載，分別為20%、30%、40%、60%極限荷載。2.如只需要設(shè)計(jì)荷載下的蠕變特性時(shí)，可采用2級荷載，一級為設(shè)計(jì)荷載；另一級大于設(shè)計(jì)荷載，荷載大小由設(shè)計(jì)人員規(guī)定。3.當(dāng)需要了解溫度對蠕變特性的影響時(shí)，則除了進(jìn)行上面標(biāo)準(zhǔn)溫度(202)下的試驗(yàn)外，可分別在(1O2)和(402)兩種溫度下進(jìn)行試驗(yàn)。也可按照現(xiàn)場條件而定。u操作步驟操作步驟1.1. 將室溫度調(diào)至將室溫度調(diào)至202022和濕度為和濕度為606010%10%，試樣在此環(huán)境下至少應(yīng)靜置，試樣在此環(huán)境下至少應(yīng)靜置24h24h。2.2.將試樣放入夾具內(nèi)夾緊。試樣應(yīng)對中使不受偏心荷載。3.3.將伸長計(jì)直接安裝在試樣上

7、。 1 1 對土工織物，可將初始計(jì)量長度設(shè)定為75mm。 2 2 對土工格柵，應(yīng)放在節(jié)點(diǎn)位置。 4.4. 分別對同一組蠕變試驗(yàn)的其余各荷載水平的試樣進(jìn)行安裝。5.5. 施加預(yù)拉荷載施加預(yù)拉荷載，將預(yù)拉荷載迅速而平穩(wěn)地分別加到各試樣上，預(yù)拉荷載包括加荷設(shè)備和夾具的重量。施加預(yù)拉荷載和施加試驗(yàn)全部荷載的時(shí)間間隔不應(yīng)超過10min。并記錄由預(yù)拉荷載引起的伸長量，取施加預(yù)拉荷載后的試樣應(yīng)變作為初讀數(shù)。 1 1 試樣抗拉強(qiáng)度不大于17.5kN/m，預(yù)拉荷載45N。 2 2 試樣抗拉強(qiáng)度大于17.5kN/m，預(yù)拉荷載為抗拉強(qiáng)度的1.25%，但最大不超過300N。6.6. 迅速而平穩(wěn)地分別將相應(yīng)各應(yīng)力水平的

8、荷載加到各試樣上，并記錄加荷時(shí)間(不計(jì)施加預(yù)拉荷載時(shí)間)。7.7.測量各試樣伸長量伸長量。 1 1 可按下列時(shí)間間隔測記變形增長值：1min、2min、6min、10min及30min；和1h、2h、5h、10h、30h、100h、500h及1000h，以后每500h測量一次，直至試驗(yàn)結(jié)束。 2 2 當(dāng)蠕變變形出現(xiàn)突變情況，應(yīng)增加讀數(shù)次數(shù)。8.8.試樣斷裂或試驗(yàn)已達(dá)規(guī)定測量時(shí)間，試驗(yàn)終止。對斷裂試樣，記錄破壞形式、位置及達(dá)到破壞的時(shí)間。u計(jì)計(jì) 算算按下式計(jì)算各時(shí)間的應(yīng)變：L100/LR式中應(yīng)變（%） L加預(yù)拉荷載至測讀時(shí)間的伸長量（mm） LR初始計(jì)量長度與預(yù)拉荷載伸長量之和（mm）u作圖（蠕變試驗(yàn)曲線）作圖（蠕變試驗(yàn)曲線）以應(yīng)變(%) 為縱坐標(biāo)時(shí)間(h) 為橫坐標(biāo)u 側(cè)限條件下的蠕變特性側(cè)限條件下的蠕變特性側(cè)限蠕變試驗(yàn)是在試樣的兩側(cè)加裝鋼盒，使織物每側(cè)與10 mm 厚的砂層接觸，并用氣動裝置施加側(cè)向壓力。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨側(cè)向壓力增大，蠕變減小，特別是無紡織物蠕變減小比有紡織物大，考慮到沿織物平面的排水性能，無紡織物亦可作為筋材。借助杠桿用砝碼施加、拉力用砝碼施加，織物拉力取(T1+T2) /2，應(yīng)變則通過固定在織物上，并伸出盒前后邊緣的測針量測，參見圖1。試驗(yàn)結(jié)果也表明，在壓力作用下，無紡織物的蠕變減小