土工织物拉伸力学性能的应用研究

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本论文结合土工织物的实际应用,从试验和理论两个方面针对试样宽度对土工织物拉伸性能的影响及开孔土工织物孔截面上的应力分布情况进行了分析研究,研究结果为土工织物抗拉强度的测试和实际工程应用提供了理论依据和参考。 通过对土工织物不同宽度的拉伸试验,分析了土工织物试样宽度与断裂强度、断裂伸长率、侧向收缩率、定伸长强度、弹性模量之间的关系。结果表明:土工织物的断裂强度与试样宽度之间存在着幂函数关系,侧向收缩是影响不同宽度试样断裂强度的潜在因素;试样宽度对土工织物断裂伸长率没有明显的影响;伸长率较大时的定伸长强度同样会受试样宽度的影响;土工织物的弹性模量随试样宽度的增大略有增加。 将边界元法应用到土工织物拉伸力学性能的研究中,编写了针对计算研究土工织物拉伸力学性能的边界元法程序。 用边界元法程序从理论上计算分析了土工织物试样宽度与拉伸断裂强度间的关系,理论计算结果与试验结果具有相同的趋势,证实了土工织物的断裂强度与试样宽度之间存在着幂函数关系。同时从理论上计算了土工织物试样单向拉伸时试样内的应力分布情况,计算结果表明:夹头夹持试样边附近的拉应力集中现象较明显,试样在靠近夹头附近不受约束的自由边处则存在显著的剪应力集中。 用边界元法程序分别对开有圆孔或椭圆孔或方孔的土工织物试样在单向与双向拉伸时孔截面上的应力分布情况进行了计算与分析,结果表明:土工织物孔截面上的应力集中出现在距孔边3倍左右的孔径尺寸范围内;孔边附近应力集中的程度与孔的形状、大小、位置及试样的尺寸有关。不同形状孔附近的应力集中程度还与土工织物试样的拉伸条件有关,试样单向拉伸或双向拉伸时,孔边的最大应力值不同,最大应力所出现的位置也不同。 为验证用边界元法计算开孔土工织物应力分布的正确性,对开有不同大小圆孔或方孔的土工织物试样进行了拉伸试验。将开孔试样的理论计算断裂强度与试验所得结果进行分析对比,理论值与试验值具有相同的变化趋势,理论值较试验值偏低;通过记录开孔试样的拉伸过程,证实了土工织物孔边附近存在着应力集中现象;并根据计算结果提出了开孔土工织物安全应用的方法。
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