传感型土工格栅研发及其拉敏效应研究

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塑料土工格栅作为一种新型的土木工程材料,是国家高新技术产品目录中新型材料技术领域类复合材料中的增强材料,可用作土木工程的加固、加筋、防护,广泛应用于水利、公路、铁路、煤矿、建筑等工程领域。塑料土工格栅之所以被广泛应用是因为质量轻、强度高、抗变形能力强、韧性好、抗老化,特别是耐酸、耐碱,适用于各种土壤,不易腐蚀,便于工程施工。我国已经开展了关于使用土工格栅的土木工程设计、施工的应用基础研究于实践,但在现阶段,土工格栅只是作为一种加筋材料被应用到工程中,无法作为一种传感装置对土工结构进行监测。实践表明只有加筋土内部损伤状态发展到一定程度时,沉降等才会有明显的变化,这样往往延误最佳的加固时机。为此,本文利用复合材料的拉敏效应研制一种传感型土工格栅,使该类型格栅既可以作为一种加固材料用于工程当中,又可以作为一种传感器来对土工结构安全进行监测。本论文通过室内试验、理论分析等手段,对传感型塑料土工格栅的研发及其性能进行了探讨,主要内容如下:第一,通过室内试验对传感型土工格栅材料的配合比设计、制备工艺和导电性能进行了研究,结合理论分析,研究了两种复合导电材料的导电机理和渗滤现象,给出了相应材料的渗滤阈值和最佳填料含量。第二,对两种传感型格栅的单肋试样的拉伸性能、不同拉伸速度下其性能的变化情况进行了测试,结果表明:两种传感型格栅材料的抗拉强度均随导电填料的增加而降低,但碳纳米管复合材料的抗拉强度要优于炭黑复合材料;对于同种类型导电填料,不同填料含量的格栅试样的应变与荷载之间的关系大致相同,但碳纳米管型格栅的抗变形强度要明显高于炭黑型格栅;碳纳米管复合材料格栅的蠕变性能要优于炭黑复合材料格栅的蠕变性能,这两类传感型格栅的蠕变变形均随着导电填料的增加而降低。第三,研究了两种传感型格栅的拉敏效应,分析了不同填料类型、不同填料含量等参数对传感型格栅拉敏效应的影响。并通过土中拉拔摩擦试验模拟实际工程应用对传感型格栅性能进行分析验证,研究了土体密实度和法向荷载对传感型格栅的拉敏效应的影响。
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