1、前言土工布及土工布有关产品是指用于岩土工程和土木工程的可渗透的聚合物材料包括机织土工布针织土工布非织造土工布土工格栅土工网和土工复合物等产品土工布在工程中主要具有防护隔离过滤加强和排水等功能由于土工布具有强度高柔性大耐腐蚀性好造价低运输和施工方便适应性强质量易于保证等经济和技术上的优势在护坡堤坝航道整治挡土墙软基处理公路和铁路路基机场跑道各种蓄水池等诸多工程中得到了广泛的应用涉及包括水利电力交通建筑等多个领域土工布作为新型建筑材料埋在土内和周围体构成复合体系在外荷载及自重作用下变形时将会沿其界面发生相互摩擦因此土工布与砂土之间的摩擦特性是工程应用中的一个重要指标本标准使用直剪仪和标准砂土对土工
2、布进行直接剪切试验模拟这种作用过程用以评价土工布的摩擦特性本标准正文等效采用了国际标准草案土工布及其有关产品摩擦特性的测定第一部分直接剪切试验的技术内容附录参考了英国土工布综合性试验方法第部分土工布摩擦特性试验方法附录的内容附录为提示的附录本标准由国家纺织工业局提出本标准由全国纺织品标准化技术委员会产业用纺织品分会归口本标准由中国纺织总会标准化研究所负责起草由水电部北京勘测设计院协作起草本标准主要起草人童金柱李思远吴桂琴陈郁立中华人民共和国国家标准土工布及其有关产品摩擦特性的测定第部分直接剪切试验范围本标准规定了使用直剪仪测定土工布及其有关产品与标准砂土摩擦特性的方法本标准适用于所有土工布及其
3、有关产品当使用刚性基座试验土工格栅时这样与基座间的摩擦结果不一定真实应对土工布与试样基座之间的摩擦进行校正引用标准下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准均会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性纺织品的调湿和试验用标准大气土工布取样和试样准备土工布鉴别标志定义本标准采用下列定义相对位移剪切试验中试样与砂土之间的位移法向力对试样施加的恒定垂直力剪切力恒速位移条件下剪切试验中测得的水平力法向应力单位面积的法向力剪应力砂土土工布摩擦试验中单位面积的剪切力最大剪应力位移量在剪切面长度的范围内沿砂土土工布界面产生的最大剪切力摩擦角
4、土工布和土之间的摩擦角为最大剪应力对法向应力关系图中各点的最佳拟合直线的斜率单国家质量技术监督局批准实施位度表观粘聚力土工布与土之间的抱合力为最佳拟合直线上法向应力等于时的剪应力砂土最大剪应力砂土在一定法向压力下的最大剪应力砂土基座最大剪应力砂土试样基座剪切试验中的最大剪应力摩擦比在相同的法向应力下砂土土工布间最大剪应力与砂土最大剪应力之比原理使用直剪仪对砂土土工布接触面进行直接剪切试验测定砂土土工布界面的摩擦特性试样按规定的方法取样试样数量和尺寸每种样品每个被试方向取块试样试样的大小应适合于试验仪器的尺寸宽度略大于剪切面宽度如果样品两面不同两面都应试验每面试验块试样调湿和试验用大气按规定调湿
5、试样试验应在与调湿相同的大气中进行注如果试验结果表明相对湿度对结果无影响对相对湿度可不作要求仪器及材料直剪仪有接触面积不变和接触面积递减标准土样直剪仪两种直剪仪见图和图刚性滑板土工布试样水平反作用法向力加载系统法向力标准砂土刚性剪切盒最大隔距水平力图接触面积不变直剪仪示意图标准剪切盒水平力土工布试样法向力标准砂土水平反作用试样刚性基座图剪切面积递减直剪仪示意图剪切盒接触面积不变的剪切盒剪切盒分为相互分离的上下两部分具有足够的刚性能保证施加负荷时不发生变形上剪切盒的内部尺寸应不小于盒厚至少应为盒长的以保证能容纳砂土层和加压系统试验土工格栅时剪切盒的最小尺寸还应增加仪器的下边部分应足够长能确保在最
6、小相对剪切位移量为上盒内长的时试样和砂土之间完全接触接触面积递减的剪切盒标准土样剪切盒上下剪切盒大小相等尺寸至少为刚性滑板剪切盒应卡装在刚性滑板上刚性滑板由低摩擦滚排或轴承支撑在机座上滑板可在剪切方向上自由滑动水平力加载仪水平力加载仪应能对以恒速位移的剪切盒施加水平剪切力施加法向力的装置能均匀地对剪切面施加法向力并保持法向力在恒速位移中始终保持法向精度测定剪切力和相对位移的装置剪切力测量装置的测量精度为相对位移测量装置的测量精度为注仪器的设计应考虑砂土膨胀确保剪切盒上下部分之间的间隙等于试样厚度加注填土及压密时上剪切盒与试样之间应装配密封条以避免土粒堵塞上剪切盒和土工布或土工格栅之间的间隙试样
7、基座用于放置试样可为土质基座硬木质基座表面粒度为的氧化铝标准基座或其他刚性基座标准砂土与试样接触的砂土应为标准细颗粒砂土其粒径级配见表表标准砂土规格筛网孔径筛余量如果观察到细砂在试验中有丢失砂土级配必须重新校正可以对砂土加水以避免砂粒分离但是含水率不得超过应使用标准土样直剪仪测量砂土在不同法向压力下的最大剪应力及内摩擦角试验步骤将试样平铺在位于剪切盒下边部分内的刚性水平基座上前端夹持在剪切区的前面试样与基座之间用胶粘合如使用氧化铝标准摩擦基座可不粘合粘合后试样应平整没有折叠和褶皱试验中试样和基座之间不允许产生相对滑移注对于大孔径大于高孔隙率孔隙面积大于试样总面积的的土工格栅也可选用砂土基座将下
8、剪切盒用标准砂土填充至规定密度当选用刚性板做为高孔隙率土工格栅或土工布的基座时必须进行砂土和基座之间的摩擦试验求出与每个法向应力相对应的最大剪应力安装上剪切盒用预先称准质量的标准砂土填充上剪切盒装填厚度砂土厚度应均匀压密后的干密度为安装水平力加载仪和位移测量仪传感器或刻度表对试样施加的法向压力连续或间隔测量剪切力同时记录对应的相对位移间隔时间为开始时也可视情况加密对于长度的剪切面相对位移达到时结束试验其他情况下达到剪切面长度的时结束试验拆除设备仔细地去除标准砂土检查试样记录是否发生伸长褶皱或损坏重复至在和法向应力下各试验一块试样共试验三块试样如需要试验样品的另一方向或另一面注应测定所用直剪仪的
9、固有内阻当固有内阻与剪切力相比不可忽略时在进行数据处理时应先从剪切力测量值中减去固有内阻对测量结果进行修正再用修正后的结果进行计算固有内阻测定方法组装直剪仪不放标准砂土不加法向力测定剪切盒以速率移动中的最大剪切力即为直剪仪固有内阻计算使用式计算每块试样的法向应力式中法向应力法向力接触面积使用式计算每块试样的剪应力式中剪应力剪切力试样接触面积如果使用接触面积递减的仪器则为变值每次计算均应使用与最大剪切力出现时相对应的实际接触面积值将剪应力对相对位移作图求取每块试样的最大剪应力当剪应力与位移关系曲线出现峰值时该峰值即为最大剪应力当关系曲线不出现峰值时取位移量为剪切面长度的时的剪应力作为最大剪应力对
10、于所有试样个将最大剪应力对法向应力作图通过各点作出最佳拟合直线直线与法向压力轴之间的夹角即为土工布和砂土的摩擦角在最大剪应力轴上的截距为土工布和砂土的表观粘聚力使用式计算每块试样的摩擦比式中摩擦比在不同法向应力下的最大剪应力在不同法向应力下标准砂土的最大剪应力试验报告试验报告应包括如下内容标准号及发布日期样品标识按收样及试验时间大气湿度试验温度试样的被试方向纵向或横向正反面剪应力与相对位移关系图标示出计算中使用的最大剪应力最大剪应力与法向应力的关系图砂土直剪试验中剪应力与相对位移关系图砂土直剪试验中最大剪应力与法向应力的关系图摩擦比与法向应力关系图摩擦角和表观粘聚力砂土内摩擦角如必要砂土试样基
11、座最大剪应力与法向应力的关系图试验中是否有破损或不正常现象的观察记录偏离本标准的任意细节注和中每个被试面和每个被试方向均应作图即最多可有组图为比较试验结果上述的所有图形和数据均应由同一人员判读附录提示的附录用于工程设计时土工布直剪试验方法总则本附录推荐使用现场土石料进行模拟试验使用有限尺寸的直剪盒和强迫移动剪切面与实际状况有差异土样种类除非另有需要被试土样最大颗粒的粒径不应大于剪切盒深度的对于深的剪切盒最大粒径为大颗粒砂石的存在将会造成位移和剪应力之间的关系不稳定粗粒土的土样制备可按粗粒土的土样制备进行剔除大粒径颗粒后试验结果较实际可能有所降低土样不能反复使用其数量应能满足试验量的需求将土样调
12、整到所需的含水量充分混合确定填充剪切盒所需土样的质量注根据粗颗粒土含量的不同将土样击实的方式有多种可用不同重量的击锤击实粒径均匀的粗颗粒土可用震动锤土工布试样的准备除非另有规定土工布试样应先在水中浸渍至少装样前滴水从水中取出后内必须开始试验注土样为湿土土工布试样可在水中浸渍调湿土样为风干土或者土样具有化学或生物活性应将土工布试样与土样接触储放进行调湿试验步骤试验中土工布试样和土样会因挤压而脱水试验一般应在界面排干脱水的状态下进行可选择不同的剪切速度近似控制排水条件对于导水性强的土工布和非粘性土可选择的剪切速度对于导水性差的土工布和粘性土剪切速度应根据实际情况选择一般较为慢最低可至以便孔隙水压力
13、能够尽可能地消散下剪切盒内分层填土压密击实土样表面应凸出下剪切盒的上边缘粗粒土凸出量为土样之半细颗粒土的凸出量为土样表面应平整击实后的干密度应为与所用击实方法相对应的最大干密度的将土工布试样无张力地平放在土样表面之上完全接触前端用夹具夹持在下剪切盒上安装上剪切盒分层填土压密击实至相同的干密度将土工布上表面和上剪切盒之间的距离调整为粗颗粒土为土样之半细颗粒土为剪切前土样固化在最少种不同法向压力下进行剪切试验其中最大法向压力应不低于设计荷载按本标准正文所述方法求出土工布土样的摩擦角表观粘聚力及与土样的摩擦比某些场合需要确定土工布土工布的摩擦特性此时可将两块土工布试样分别安装在上下剪切盒内的试样基座上使两块试样相贴合进行剪切试验
