专题：土工合成材料的蠕变特性和试验方法

1、土工合成材料的土工合成材料的蠕变特性蠕变特性 和和 试验方法试验方法概要概要1 1、蠕变机理、蠕变机理2 2、影响蠕变的因素、影响蠕变的因素3 3、蠕变试验方法、蠕变试验方法土工合成材料具有明显的蠕变特性， 蠕变是土工合成材料的一种重要特性。是指在长期固定荷载作用下，材料的变形随时间增长的现象。土工合成材料的原料主要有：聚脂（PET）聚丙烯（PP）聚乙烯（PE）高密度聚乙烯（HDPE）粘弹性特点：在不变拉伸荷载的作用下，拉应变值不是唯一的，而是随荷载的作用时间不断地发展。几个重要的指标影响聚合物的蠕变特性:玻璃化温度玻璃化温度Tg 指非晶态聚合物从非晶态聚合物从玻璃态玻璃态向向高弹态高弹态转转

2、变的临界温度变的临界温度 不同聚合物的Tg是不同的: PET 的Tg约75 PP的Tg在1015 ，HDPE的Tg约80 拉伸取向拉伸取向 聚合物的拉伸过程分3 个阶段: 弹性阶段水平阶段再增长 所谓取向取向是指使分子键定向排列， 这时聚合物呈各向异性，取向方向的强度大大提高了。分子量分子量 要使聚合物具有一定的强度，其分子量必须达到一定的数量以上 分子量的范围也有严格的要求，分布范围过宽将影响分子的取向。影响蠕变的因素除聚合物的种类外，还与这些有关：影响蠕变的因素除聚合物的种类外，还与这些有关：蠕变时所受的力越大所受的力越大， 蠕变速率就越大蠕变速率就越大。荷载较大时， 土工合成材料的蠕变变

3、形趋于不稳定。蠕变变形趋于不稳定。PET受荷载水平影响很小，而PP受荷载水平影响很大，当荷载水平增加时，需要很长时间和较大变形才能使变形率达到一个稳定值。荷载水平（筋材所受拉力/抗拉强度）在同一外荷载水平下，蠕变量和蠕变速率随着温度增加而提高随着温度增加而提高。当荷载水平高、温度高时， 温度效应明显；当荷载水平低、温度低时， 蠕变受温度影响小。温度通过影响分子间的连接来影响土工织物的蠕变特性，温度对PP，HDPE 蠕变特性的影响比PET 大。温度在相同的应力水平、温度与时间条件下，当土工织物受到土侧限时，两者间的摩擦阻力降低了土工织物的蠕变性。尤其在初步蠕变阶段，侧限大大减小了蠕变现象。侧限条

4、件相同之处：相同之处：1.1.都是在无侧限条件下的试验，即在空气中的试验；都是在无侧限条件下的试验，即在空气中的试验；2.2.施加的荷载精度均为施加的荷载精度均为 1 % 1 %。u引用标准：引用标准： ASTMD5262-95土工合成材料无侧限条件下的拉伸蠕变特性试验u试验设备及用具试验设备及用具1 1 试验装置试验装置：1 1.试验仪器应安装在无振动的地方。2.2.当有多台试验仪时，每台试验仪应是独立的，互不干扰的，当对一台仪器的试样加荷，或某一台仪器的试样发生断裂而引起的颤抖或振动对周边试验应无影响。3 3.试验室的室温应保持为室温应保持为(20(202)2)，相对湿度为，相对湿度为(6

5、0(6010)%10)%。2 2 夹具夹具：应符合规程9.3.2规定。3 3 加荷装置加荷装置：可采用砝码、杠杆或气压方式砝码、杠杆或气压方式，加荷要求迅速而乎稳，并在试验过程中保持不变。荷载精确度应控制在所加荷载的1%范围内。4 4 伸长计伸长计：用以测定伸长量，读数应精确至0.003mm。u试样制备试样制备1.1.试样尺寸：1.应采用宽条试样。2.对于断裂强度大于100kN/m的高强土工织物，如受到设备限制，可用宽100mm的试样替代宽200mm的试样。3.对于土工格栅，试样至少应包含3根纵向筋条及1根横向肋条。2.2.分别剪取纵向及横向试样。试样数量根据试验需要决定1.当设计需要不同荷载

6、水平的蠕变特性时，可采用4级荷载，分别为20%、30%、40%、60%极限荷载。2.如只需要设计荷载下的蠕变特性时，可采用2级荷载，一级为设计荷载；另一级大于设计荷载，荷载大小由设计人员规定。3.当需要了解温度对蠕变特性的影响时，则除了进行上面标准温度(202)下的试验外，可分别在(1O2)和(402)两种温度下进行试验。也可按照现场条件而定。u操作步骤操作步骤1.1. 将室温度调至将室温度调至202022和湿度为和湿度为606010%10%，试样在此环境下至少应静置，试样在此环境下至少应静置24h24h。2.2.将试样放入夹具内夹紧。试样应对中使不受偏心荷载。3.3.将伸长计直接安装在试样上

7、。 1 1 对土工织物，可将初始计量长度设定为75mm。 2 2 对土工格栅，应放在节点位置。 4.4. 分别对同一组蠕变试验的其余各荷载水平的试样进行安装。5.5. 施加预拉荷载施加预拉荷载，将预拉荷载迅速而平稳地分别加到各试样上，预拉荷载包括加荷设备和夹具的重量。施加预拉荷载和施加试验全部荷载的时间间隔不应超过10min。并记录由预拉荷载引起的伸长量，取施加预拉荷载后的试样应变作为初读数。 1 1 试样抗拉强度不大于17.5kN/m，预拉荷载45N。 2 2 试样抗拉强度大于17.5kN/m，预拉荷载为抗拉强度的1.25%，但最大不超过300N。6.6. 迅速而平稳地分别将相应各应力水平的

8、荷载加到各试样上，并记录加荷时间(不计施加预拉荷载时间)。7.7.测量各试样伸长量伸长量。 1 1 可按下列时间间隔测记变形增长值：1min、2min、6min、10min及30min；和1h、2h、5h、10h、30h、100h、500h及1000h，以后每500h测量一次，直至试验结束。 2 2 当蠕变变形出现突变情况，应增加读数次数。8.8.试样断裂或试验已达规定测量时间，试验终止。对断裂试样，记录破坏形式、位置及达到破坏的时间。u计计 算算按下式计算各时间的应变：L100/LR式中应变（%） L加预拉荷载至测读时间的伸长量（mm） LR初始计量长度与预拉荷载伸长量之和（mm）u作图（蠕变试验曲线）作图（蠕变试验曲线）以应变(%) 为纵坐标时间(h) 为横坐标u 侧限条件下的蠕变特性侧限条件下的蠕变特性侧限蠕变试验是在试样的两侧加装钢盒，使织物每侧与10 mm 厚的砂层接触，并用气动装置施加侧向压力。试验发现，随侧向压力增大，蠕变减小，特别是无纺织物蠕变减小比有纺织物大，考虑到沿织物平面的排水性能，无纺织物亦可作为筋材。借助杠杆用砝码施加、拉力用砝码施加，织物拉力取(T1+T2) /2，应变则通过固定在织物上，并伸出盒前后边缘的测针量测，参见图1。试验结果也表明，在压力作用下，无纺织物的蠕变减小