CN109696340A - 一种pvc土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样 - Google Patents

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张振
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周天娥
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Abstract

本发明公开了一种PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样，包括外轮廓相同的上层、中层和下层双哑铃形土工膜，上层和下层双哑铃形土工膜厚度相同，并在中心位置开有大小形状一致的孔，中层未开孔，所述双哑铃形为两个哑铃于中心点正交叠加而成的形状，哑铃之间的交接处为半径为1‑10cm、圆心角大于180度的圆弧，双哑铃形土工膜四肢尾端为夹具夹持区域。该试样可在很大程度上延缓试样因为应力集中而发生的提前撕裂破坏，使PVC土工膜双向拉伸试验得到的应力应变关系曲线更加完整。

Description

一种PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样
技术领域
本发明涉及土工膜试样，特别涉及一种PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样。
背景技术
PVC土工膜由于其抗渗性能好、弹性变形能力强、施工方便等优点在水利水电工程防渗领域中得到了广泛应用。目前，针对工程中所用土工膜材料力学性能的研究，主要集中在单向拉伸力学性能，而且有关防渗工程中土工膜的设计计算也都是以单向拉伸试验结果为依据。然而，实际工程中土工膜的受力状态一般为多向拉伸的平面应力状态，其主应力为双向拉伸应力状态。由于单向拉伸应力状态和双向拉伸应力状态下PVC土工膜的屈服强度和延伸率等参数指标均有较大差别，所以有必要开展PVC土工膜的双向拉伸力学性能研究。
目前，用于PVC土工膜双向拉伸试验的试样类型多为十字形试样。但由于PVC土工膜是一种模量小、变形大的薄膜材料，双向拉伸试验中的PVC土工膜十字形试样会出现极不均匀的应力应变分布状态，而且双向拉伸荷载从加载点到中心观测区的传递效果极差，进而会出现应力集中而提前发生撕裂破坏现象，最终导致双向拉伸试验得到的应力应变曲线并不完整，无法完全揭示PVC土工膜的双向拉伸力学性能。目前已有试验结果表明，十字形试样在中心观测区的真应变达到20％左右时就会因为应力集中而在四肢夹角处发生撕裂破坏，然而PVC土工膜的双向拉伸极限真应变值应在150％左右，所以使用十字形试样的双向拉伸试验只能得到PVC土工膜很小一部分的双向拉伸应力应变曲线。
目前板状、膜状材料的双向拉伸研究领域中提高试样荷载传递效果的主要方法有两类：优化试样的几何形状或者削薄试样中心观测区。前者的主要思路是尽可能地用曲边代替直边和尖角，然而试验证明，这类方法能在一定程度上缓解PVC土工膜试样的应力集中现象，但是效果依然不佳，在试样中心观测区的真应变达到60％左右时试验就会因为撕裂破坏而终止；后者则并不适用于PVC土工膜这种不便打磨或是削薄的膜状高分子材料。所以，目前尚没有一种荷载传递效果理想的PVC土工膜双向拉伸试样形式。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样，该试样可在很大程度上延缓试样因为应力集中而发生的提前撕裂破坏，还大幅提升了试样的荷载传递效果，可使PVC土工膜双向拉伸试验得到更加完整的应力应变关系曲线。
技术方案：本发明提供一种PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样，包括外轮廓相同的上层、中层和下层双哑铃形PVC土工膜，上层和下层双哑铃形土工膜厚度相同，并在中心位置开有大小形状一致的孔，中层未开孔，所述双哑铃形为两个哑铃于中心点正交叠加而成的形状，哑铃之间的交接处为半径为1-10cm、圆心角大于180度的圆弧，双哑铃形土工膜四肢尾端为夹具夹持区域。
进一步地，所述孔为关于中心点对称的曲边形孔。其中心点与所述双哑铃形土工膜的中心重合。
进一步地，曲边形孔是边缘为曲线的孔。
进一步地，所述曲边形孔为圆形孔或椭圆形孔。
进一步地，所述上层双哑铃形土工膜为一层或多层。
进一步地，所述下层双哑铃形土工膜为一层或多层。
进一步地，所述上层、中层和下层双哑铃形土工膜通过焊接或者胶粘方式连接。
有益效果：本发明采用半径为1-10cm、圆心角大于180度的圆弧代替十字形试样圆心角为90度的大曲率圆弧，能够大幅缓解四肢夹角处的应力集中现象，从而提高双向拉伸试验中试样的荷载传递效果；本发明采用增厚中心观测区以外区域的方式对试样传力区进行加固，避开了削薄PVC土工膜的技术难题，却起到了和削薄中心观测区以提高荷载传递效果异曲同工的作用；本发明试样的荷载传递效果较好，可在很大程度上延缓试样因为应力集中而发生的提前撕裂破坏，使PVC土工膜双向拉伸试验得到更加完整的的应力应变关系曲线，进一步揭示PVC土工膜的双向拉伸力学性能。
附图说明
图1为本发明俯视图；
图2为本发明的垂直剖视图；
图3为本发明所述上层双哑铃形土工膜或者下层双哑铃形土工膜的俯视图；
图4为本发明所述中层双哑铃形土工膜的俯视图；
附图标记：上层1；中层2；下层3；孔4；夹具5；夹具夹持区域6；四肢7；圆弧8。
具体实施方式
本实施例的PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样，包括外轮廓相同的上层1、中层2和下层3双哑铃形土工膜，上层1和下层3双哑铃形土工膜厚度相同、并在中心位置开有大小形状一致的孔4，中层未开孔，所述双哑铃形为两个哑铃于中心点正交叠加而成的形状，哑铃之间的交接处为半径为1-10cm、圆心角大于180度的圆弧8，双哑铃形土工膜四肢7尾端为夹具夹持区域。孔4为关于中心点对称的曲边形孔，曲边形孔为圆形孔或椭圆形孔等，其中心点与双哑铃形土工膜的中心重合。上层1双哑铃形土工膜为一层或多层。下层3双哑铃形土工膜为一层或多层。上层1、中层2和下层3双哑铃形土工膜通过焊接或者胶粘方式连接。
实验测试：
根据实验室现有试验条件，夹具5对应夹持区域6的长度L、夹具5对应夹持区域6的最大宽度W和试样标距l分别定为18cm、10cm和10cm。四肢7的边线采用直线的形式，且与四肢7夹角处圆弧8相切。本次试验中的中心孔采用圆形，所以剩下的关键尺寸就是中心观测区9的边长d、圆弧8的曲率半径R以及中心孔4的半径r。三者的具体数值可以通过对三者不同搭配方案得到的加固双哑铃形试样进行伸长率为10％之前的双向拉伸试验进行数值模拟，然后通过数值模拟结果找出荷载传递效果优、应力集中程度小的最优方案。根据数值模拟的结果，d、R、r分别取5cm、1cm和1.5cm较好。因此，PVC土工膜双向拉伸试样的具体尺寸L、W、l、d、R、r分别为18cm、10cm、10cm、5cm、1cm和1.5cm。
确定好形状和具体尺寸后，用慢干型TS-8106B胶黏剂将三层双哑铃形PVC土工膜按次序、整齐地粘结成双哑铃形试样。胶粘时，要求胶黏剂涂抹均匀、用量适中，初步粘合后需要压重并静置一天，三层PVC土工膜粘合在一起后即形成了本发明的伸试样。

Claims (6)

1.一种PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样，其特征在于：包括外轮廓相同的上层、中层和下层双哑铃形PVC土工膜，上层和下层双哑铃形土工膜厚度相同，并在中心位置开有大小形状一致的孔，中层未开孔，所述双哑铃形为两个哑铃于中心点正交叠加而成的形状，哑铃之间的交接处为半径为1-10cm、圆心角大于180度的圆弧，双哑铃形土工膜四肢尾端为夹具夹持区域。
2.根据权利要求1所述的PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样，其特征在于：所述孔为关于中心点对称的曲边形孔。
3.根据权利要求2所述的PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样，其特征在于：所述曲边形孔为圆形孔或椭圆形孔。
4.根据权利要求1所述的PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样，其特征在于：所述上层双哑铃形土工膜为一层或多层。
5.根据权利要求1所述的PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样，其特征在于：所述下层双哑铃形土工膜为一层或多层。
6.根据权利要求1所述的PVC土工膜加固双哑铃形双向拉伸试样，其特征在于：所述上层、中层和下层双哑铃形土工膜通过焊接或者胶粘方式连接。
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