衬垫系统土工膜-土工织物界面蠕变特性及预测方法

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现代卫生填埋场衬垫系统往往由压实黏土(CCL)、土工膜(GM)、土工织物(GT)、土工格栅(GG)以及土工复合材料等组成。这些防护材料相邻界面的抗剪强度小于垃圾填埋体本身的抗剪强度,这使得在受到相同剪切应力时,土工合成材料界面会率先发生滑移来消耗系统中的剪力。因此,在已发生的垃圾填埋场失稳案例中,大部分是沿着衬垫系统中土工合成材料薄弱界面发生滑移破坏。目前国内外研究学者对衬垫系统中CCL-GM界面、土工合成材料界面以及土工合成材料自身蠕变等开展了一系列研究工作,然而对土工合成材料界面在长期应力作用下蠕变特性研究却较少。基于上述现状,本文主要从如下三个方面开展系统性研究:第一部分,采用改进直剪仪对土工膜-土工织物界面剪切特性进行研究;第二部分,通过开展室内蠕变试验对土工膜-土工织物界面蠕变特性进行研究;第三部分,将四类典型的经验蠕变模型拟合蠕变试验曲线对比分析,提出准确有效的预测方法并对其进行验证。通过开展上述内容,取得了以下研究成果:(1)土工膜-土工织物界面的剪应力随剪切位移的变化规律可以分为:弹性阶段、应变软化阶段、稳定阶段。其中,光滑土工膜-土工织物三种界面的应变软化阶段最为明显,柱点土工膜-土工织物三种界面应变软化阶段不太明显,仅存在弹性阶段和稳定阶段,这主要是由于柱点在界面种形成了“耕作”现象。随着界面法向应力的增加,在弹性阶段,剪应力的增长速率也在增大,且界面需要在更大的剪切位移下达到峰值强度和残余强度。六种界面在四种不同法向压力作用下,柱点土工膜-长丝土工布界面的峰值剪切强度最大。此外,编织土工织物经线方向与受力方向垂直或者平行对光滑土工膜-编织土工织物界面剪切特性影响不大,因此可以忽略编织土工织物经线不同的受力方向对界面剪切特性的影响。(2)土工膜-土工织物界面蠕变试验曲线可分为:减速蠕变阶段和等速蠕变阶段。在减速蠕变阶段初期,蠕变位移随时间近似成线性增长关系,随后,蠕变曲线从直线逐渐弯曲为弧线,蠕变速率逐渐减小;在等速蠕变阶段,蠕变曲线趋近于直线,蠕变位移增长速率趋于定值,蠕变速率几乎保持不变。在同一法向应力作用下,界面产生的瞬时位移随着剪应力水平的增加而增大;在相同剪应力水平作用下,随着法向应力的增加,界面的瞬时位移也在增大。界面在相一法向应力作用时,随着加载剪应力水平增加,界面的蠕变位移和蠕变速率均呈增长趋势;在相同剪应力水平作用下,界面的法向应力越大,界面的蠕变位移和蠕变速率也越大。对于土工膜-编织土工织物界面,编织土工织物经线的方向与受力方向垂直或平行对界面蠕变特性影响不大。(3)对数函数型、幂函数型、双曲线函数型和其他函数类型(如近对数函数型)这四种经验蠕变模型都只适合用于描述衰减蠕变曲线或者短期的非衰减蠕变曲线,四类经验模型中,以近对数函数型经验模型预测土工膜-土工织物界面3天蠕变位移的效果最好。对于长期荷载作用下的非衰减蠕变蠕变位移的预测,按照公式(?)的思路能够达到较好的预测效果。
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