CN108505528A - 一种具有拉胀效应的土工格栅及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有拉胀效应的土工格栅及其制造方法，它解决了现有技术中因筋材拔出而引起的加筋土工程失效的问题，具有形成拉胀效应、提高了筋材与填料的相互作用、有效避免格栅因咬合力减小而从土体中拔出现象的效果；其技术方案为：包括若干拼装单元，每一拼装单元由套壳及夹芯构成，二者具有相互咬合的凸起结构；所述夹芯和套壳分别由首尾衔接的单位体组成，且夹芯单元体的衔接位置与套壳单元体衔接位置交错布置；受拉力后，相互咬合的凸起结构发生相对移动，套壳被内部夹芯撑起，厚度增大，通过凸起结构保证在土体应变范围内始终保持拉胀效应。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，尤其涉及一种具有拉胀效应的土工格栅及其制造方法。
背景技术
近年来，随着我国基础设施的大规模建设，特别是随着交通路网向山区延伸，高大加筋土结构(高度超过20m的高大挡墙和路基等)越来越多。在行车荷载及自然因素(气象、水文、地质、地震等)的作用下，高大加筋土结构变形、开裂甚至垮塌等灾害时有发生，给人民生命财产带来重大损失。
研究发现随着填土高度(上覆压力)的增加，筋土之间剪应力的增长幅度减小，当填土增大到一定高度时，筋土之间的剪应力增加不明显，说明高大加筋土结构深层筋材的摩擦系数比浅层的要降低很多，增加了筋材被拔出的风险。出现上述现象主要是因为传统土工格栅属于正泊松比材料，当格栅收到拉伸作用时，格栅在厚度方向发生收缩，引起筋-土界面处的填料发生剪缩。
现有研究中，为了改善加筋土的力学性能，人们往往通过提高材料本身强度来改善填土结构的稳定性，而忽视了对加筋土工程变形和强度有重要影响的筋土界面作用特性的改善，这种改进方法对于解决筋材拔出而引起的加筋土工程失效的问题成效甚微。
因此，如何提高筋-土界面的力学性能是高大加筋土结构设计中亟待解决的主要难题之一。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有拉胀效应的土工格栅，其具有形成拉胀效应、提高了筋材与填料的相互作用、有效避免格栅因咬合力减小而从土体中拔出现象的效果。
本发明采用下述技术方案：
一种具有拉胀效应的土工格栅，包括若干拼装单元，每一拼装单元由套壳及夹芯构成，二者具有相互咬合的凸起结构；
所述夹芯和套壳分别由首尾衔接的单位体组成，且夹芯单元体的衔接位置与套壳单元体衔接位置交错布置；受拉力后，相互咬合的凸起结构发生相对移动，套壳被内部夹芯撑起，厚度增大，通过凸起结构保证在土体应变范围内始终保持拉胀效应。
进一步的，所述夹芯的凸起结构可以为锯齿形凸起或圆形凸起，套壳内部凸起结构与夹芯的凸起结构相适配。
进一步的，所述拼装单元的整体厚度h为6-8mm，夹芯的凸起结构最高点厚度h1为4-5mm，其最低点厚度h2为2-3mm。
进一步的，所述套壳的厚度b2小于夹芯凸起结构最低点的厚度h2。
进一步的，所述拼装单元呈十字型结构。
进一步的，所述套壳包裹于夹芯的上下两侧，并通过浇筑方式形成一整体。
具有拉胀效应的土工格栅的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)确定夹芯凸起结构的形式及尺寸；
步骤(2)分别批量生产夹芯、套壳，将夹芯拼接成设定要求的格栅形状，在夹芯的上下两侧分别覆盖上套壳，并利用材料浇筑或焊接的方式将夹芯与套壳包裹成一整体。
进一步的，所述步骤(1)中，首先估算应用环境的最大变形量，然后根据试验确定夹芯凸起结构的形式及尺寸。
进一步的，所述步骤(2)中，所述材料为聚丙烯、高密度聚乙烯等高分子聚合物。
进一步的，所述步骤(2)中，所述夹芯、套壳由土工格栅生产设备制得。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的夹芯具有凸起结构，使格栅在受到拉伸作用时在其厚度方向上发生凸起的相互错位，错位导致格栅在厚度增大，形成一种具有拉胀效应的土工格栅，该土工格栅的拉胀效应提高了筋材与填料的相互作用；
(2)本发明当填土高度(上覆压力)增加时,筋土之间的嵌锁作用增大或者保持不变,使得格栅结构具有更强的物理和力学特性；具有拉胀效应土工格栅的出现不仅具有重要的理论创新价值及工程意义，而且该研究成果有着广阔的应用前景。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的实施例一拼接单元主视图；
图2为本发明的实施例一拼接单元俯视图；
图3为本发明的实施例二拼接单元主视图；
图4为本发明的实施例三拼接单元主视图；
图5为本发明的实施例四拼接单元主视图；
其中，1-套壳，2-夹芯。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在因筋材拔出而引起的加筋土工程失效的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种具有拉胀效应的土工格栅及其制造方法。
实施例一：
如图1-图2所示，提供了一种具有拉胀效应的土工格栅，由若干呈十字型的拼装单元拼接而成，每一拼装单元由套壳1和夹芯2构成，夹芯2的上下两侧由套壳1包裹。
所述夹芯2由首尾衔接的单位体组成，每一单元体呈两端均为椎台的凸起结构，且两端锥台不对称。
所述套壳1内侧具有与夹芯2相适配的凸起结构，二者凸起结构相互咬合；夹芯2单元体的衔接位置与套壳1单元体衔接位置交错布置。
所述套壳1厚度b2小于内部夹芯2厚度h2。
当受到拉力后，格栅沿其拉力方向产生位移，由于套壳1厚度小于夹芯2厚度，套壳1更易发生形变，因此格栅沿其拉力方向上产生位移后，相互咬合的凸起结构发生相对移动，使套壳1被其内部的夹芯2凸起结构撑起，厚度增大，通过合理设计凸起尺寸可保证格栅在土体应变范围内始终能保持拉胀效应。
格栅在受拉过程中产生的膨胀能增大筋土的咬合作用，使得筋土界面的似摩擦系数增加；同时，还增大了格栅肋条的被动阻抗力，从而增强了高大加筋土结构的稳定性。
由于格栅夹芯构造对其受拉产生的膨胀变形有极大地影响，因而在进行夹芯2结构选取时应综合考虑。
如图1所示，拼接单元的整体厚度h为6-8mm，夹芯2的凸起结构的最高点厚度h1为4-5mm，最低点厚度h2为2-3mm；每个单元体长度为12-13mm(即图1中a1、a2总长)。
每个拼接单元总长度a为120-130mm；拼接单元的宽度b为22-26mm，套壳厚度b2为1-2mm，夹芯宽度b1为20-22mm。
具有拉胀效应的土工格栅的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)首先估算应用环境的最大变形量，然后根据拉伸试验确定夹芯2凸起结构的形式及尺寸；
步骤(2)使用土工格栅生产设备分别批量生产夹芯2、套壳1，将夹芯2拼接成设定要求的格栅形状，在夹芯2的上下两侧分别覆盖套壳1，并利用浇筑聚丙烯、高密度聚乙烯等高分子聚合物材料或焊接的方式将夹芯2与套壳1包裹成一整体。
本申请在需要加筋结构的工程中均可使用该类型拉胀型土工格栅，如修建公路、铁路以及江河湖海岸边的加筋挡土墙、堤坝、桥面、陡坡、矿山工程等防护工程。
实施例二：
如图3所示，所述夹芯呈锯齿形凸起结构，锯齿形夹芯与其他类型结构相比，当格栅应变在一定范围内产生的拉胀效应最为明显，但应变超过一定数值时则会发生厚度方向的突减。
对于拉胀效应要求明显的工程可采用锯齿形夹芯，但应避免沿格栅横向的应变过大。
拼接单元的整体厚度h为6-8mm，夹芯的凸起结构的最高点厚度h1为4-5mm，最低点厚度h2为2-3mm；每个单元体长度为12-13mm。
每个拼接单元总长度a为120-130mm；拼接单元的宽度b为22-26mm，套壳厚度b2为1-2mm，夹芯宽度b1为20-22mm。
其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。
实施例三：
如图4所示，所述夹芯层的单元体呈圆形凸起结构，圆形凸起结构在受到拉力后其厚度增大速率较为缓和，当应变超过一定数值时则不会发生厚度方向的突减，但其拉胀效应与其他形式的凸起相比相对较小。
其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。
实施例四：
如图5所示，所述夹芯呈长锯齿形凸起结构，当凸起横向长度较长时，格栅的拉胀效应不明显，但可保证在较大变形下都出现厚度增大或不变。
拼接单元的整体厚度h为6-8mm，夹芯的凸起结构的最高点厚度h1为4-5mm，最低点厚度h2为2-3mm；每个单元体长度为24-26mm。
其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。
此外，还可能发生因凸起坡度过小而使格栅外壳与夹芯要合理过小，使夹芯极易被抽离。
实施例五：
以边坡工程中使用的土工格栅为例，土工格栅主要用于加固土体、防止边坡滑移。
为制备适用于边坡的拉胀型土工格栅，首先，估算边坡的最大横向变形量，根据试验确定的拉胀型土工格栅内部夹芯凸起的形式和尺寸。
然后，利用土工格栅生产设备经构件生产、节点拼装等工艺生产制得，将拉胀型土工格栅铺设在边坡中。
当格栅受到拉力后，格栅沿其拉力方向产生位移；由于在设计过程中套壳厚度小于内部夹芯厚度，套壳更易发生形变，因此格栅沿其拉力方向上产生位移后，相互咬合的凸起构造发生相对移动，使外部套壳被内部凸起撑起，厚度增大，从而产生负泊松比结构效应，节点膨胀一方面增大筋土的咬合力，另一方面增大了土体横向位移阻力，从而有效避免格栅因咬合力减小而从土体中拔出现象，极大地增加了边坡安全系数。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有拉胀效应的土工格栅，其特征在于，包括若干拼装单元，每一拼装单元由套壳及夹芯构成，二者具有相互咬合的凸起结构；
所述夹芯和套壳分别由首尾衔接的单位体组成，且夹芯单元体的衔接位置与套壳单元体衔接位置交错布置；受拉力后，相互咬合的凸起结构发生相对移动，套壳被内部夹芯撑起，厚度增大，通过凸起结构保证在土体应变范围内始终保持拉胀效应。
2.根据权利要求1所述的一种具有拉胀效应的土工格栅，其特征在于，所述夹芯的凸起结构可以为锯齿形凸起或圆形凸起，套壳内部凸起结构与夹芯的凸起结构相适配。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有拉胀效应的土工格栅，其特征在于，所述拼装单元的整体厚度h为6-8mm，夹芯的凸起结构最高点厚度h1为4-5mm，其最低点厚度h2为2-3mm。
4.根据权利要求3所述的一种具有拉胀效应的土工格栅，其特征在于，所述套壳的厚度b2小于夹芯凸起结构最低点的厚度h2。
5.根据权利要求1所述的一种具有拉胀效应的土工格栅，其特征在于，所述拼装单元呈十字型结构。
6.根据权利要求1所述的一种具有拉胀效应的土工格栅，其特征在于，所述套壳包裹于夹芯的上下两侧，并通过浇筑方式形成一整体。
7.根据权利要求1-6任一所述的具有拉胀效应的土工格栅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)确定夹芯凸起结构的形式及尺寸；
步骤(2)分别批量生产夹芯、套壳，将夹芯拼接成设定要求的格栅形状，在夹芯的上下两侧分别覆盖上套壳，并利用材料浇筑或焊接的方式将夹芯与套壳包裹成一整体。
8.根据权利要求7所述的具有拉胀效应的土工格栅的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，首先估算应用环境的最大变形量，然后根据试验确定夹芯凸起结构的形式及尺寸。
9.根据权利要求7所述的具有拉胀效应的土工格栅的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述材料为浇筑聚丙烯或高密度聚乙烯材料。
10.根据权利要求7所述的具有拉胀效应的土工格栅的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，夹芯、套壳由土工格栅生产设备制得。
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