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拉应变对土工织物孔径特征及反滤性能影响的研究

唐琳  
【摘要】:土工织物作为反滤材料广泛应用于水利、土木、港航等领域。土工织物要实现反滤功能,需满足保土、透水、防淤堵三个反滤准则。孔径是土工织物反滤准则的重要参数。由于土工织物纤维多、孔径小、工作状态应变大,其孔径受拉应变影响很大。而土工织物的孔径指标和测试均在未受拉状态下进行,导致实际应用中原本满足孔径指标的织物反滤失效。因此,本文通过理论分析与试验测试,研究拉应变T (Tensile)、土工织物孔径特征O (Opening)、及反滤性能F (Filtration)三者的关系。 1)建立单/双向拉应变与土工织物孔径特征关系的(T-O)理论模型。针对有纺织物平面二维结构,建立单/双向拉应变下有纺织物单孔模型,根据有纺织物基本物理力学参数和拉应变值,分别推导特征孔径(O)及开孔面积率(POA, Percent open area)随单/双向应变变化的理论解;针对无纺织物三维空间结构,基于单向应变下已有两种体系的孔径参数理论解,即佘巍(2011)等效孔径(095)理论解和Rawal(2011)孔径分布曲线(PSD, Pore size distributions)理论解,分别推导不等轴双向应变下无纺织物等效孔径O95bi理论解、及孔径分布曲线PSDbi理论解。 2)测试单/双向拉应变与土工织物孔径特征的(T-O)试验关系。通过数字图像法测试单丝条膜有纺织物孔径,在维持拉应变的同时采集图像,定量测试单/双向应变下,有纺织物孔径参数随拉应变的变化规律;通过干筛试验测试单/双向应变下,短纤针刺无纺织物孔径参数随拉应变的变化规律;用拉应变下的土工织物孔径参数理论解预测试验结果,理论值与试验值吻合较好,并得出土工织物孔径参数与拉应变的近似线性关系。 3)测试单向拉应变与土工织物反滤性能(T-F)的关系。运用梯度比渗透仪进行淤堵试验,对应反滤设计中透水、保土和防淤堵三个准则,分别测试单向拉应变对透过土工织物的水流速率、漏土量、梯度比的影响。拉应变下的反滤性能试验结果,佐证了孔径随拉应变的变化规律,由此建立了土工织物孔径特征与反滤性能(O-F)的定性关系。 4)探讨土工织物泊松比随拉应变的变化规律。通过图像法试验,测试8种有纺及无纺织物泊松比随单向拉应变的变化关系,并与Giroud(2004)提出的可压缩材料和不可压缩材料泊松比变化公式进行对比。


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