土工格栅长期蠕变行为研究及有限元分析

【摘要】：土工格栅是一种新型的土工合成材料，它广泛应用于公路、铁路、水利、煤矿等领域，在工程中起到加强、加固、防护等功能。在应用过程中，格栅在土体中受到长期拉伸力的作用，这决定了它的使用过程是一个长期蠕变的过程，因此蠕变性能成为表征其力学性能的一个非常重要的指标。本文工作是“土工格栅成型技术与设备”课题的一部分，在这一课题已完成工作的基础上，本文对格栅蠕变测试及长期蠕变行为进行了较为深入的研究。 土工格栅是由打过孔的聚烯烃板材经预热、拉伸后制成，它具有与普通聚烯烃制品不同的蠕变机理及模型。在蠕变行为测试实验的基础上，建立蠕变数学模型是蠕变性能研究的首要步骤。 本文在自行研制的安装在温度可控环境下并配备有较高测量精度的仪表的蠕变测试装置上，对多个格栅样条在不同的载荷水平下进行了蠕变行为测试实验，这是对土工格栅蠕变性能进行研究的基础。然后对实验数据进行初步分析处理，得到有价值的结论。研究格栅蠕变性能的目的之一是预测它在土木工程中的使用寿命。在实验数据和理论公式相结合的基础上对格栅蠕变行为进行外推，这是预测格栅的长期使用寿命的方法之一。而为了解决蠕变实验在实践中无法解决的问题(蠕变测试的时间有限)，利用有限单元法模拟土工格栅的蠕变过程则是另一种行之有效的方法。运用有限单元法模拟格栅蠕变行为，可求出格栅样条各个部分的应力与应变分布以及格栅的长期蠕变结果，可为改进格栅工艺提供参考并争取对格栅长期蠕变行为作较为准确的预测。 目前，国内格栅蠕变问题的研究基本上还是空白，且格栅的蠕变性能对其使用过程影响很大，因此本文的工作无论对于格栅制品的生产及使用，或是格栅蠕变理论方面的研究，都将具有积极的意义。