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作者：任鑫波山东大学

学位级别：硕士

土工格栅是一种新型土工合成材料,多用于提高加筋承载面的嵌锁、咬合能力,增强基体的稳固性能,被广泛应用于边坡防护和各种公路、铁路等路面增强等领域,其中应用最为广泛的是塑料土工格栅。随着市场对土工格栅性能的要求日益提高,传统... 详细信息

土工格栅是一种新型土工合成材料,多用于提高加筋承载面的嵌锁、咬合能力,增强基体的稳固性能,被广泛应用于边坡防护和各种公路、铁路等路面增强等领域,其中应用最为广泛的是塑料土工格栅。随着市场对土工格栅性能的要求日益提高,传统单向和双向塑料土工格栅越来越难以满足实际需求,在这种背景下,多向土工格栅应运而生。随着坦萨公司研制的三向土工格栅进入我国市场,对多向土工格栅的研究吸引了越来越多的关注,多种新型多向土工格栅涌入市场。但是,由于多向土工格栅具有结构复杂性,且相关研究尚处于初步阶段,加大了多向土工格栅的设计难度,限制了多向土工格栅的应用和发展。针对目前现状,本文以工业聚丙烯三向土工格栅和衍生出的复合多向性能优化土工格栅为研究对象,通过试验与模拟仿真相结合的方法,研究预冲孔孔型和尺寸对多向土工格栅的拉伸强度和断裂延伸率的影响关系,并通过Abaqus CAE有限元模拟仿真分析软件对多向土工格栅的形状和应力应变分布规律进行分析,对多向土工格栅实际生产具有指导意义。首先,通过对不同温度下的5A型工业聚丙烯样条进行高温拉伸试验,得到了其应力应变分布规律。发现该材料屈服应力随温度的升高逐渐下降,屈服强度和弹性模量随温度升高呈现降低的趋势。其次,以工业聚丙烯三向土工格栅为研究对象,通过“高温拉伸成型-室温拉断”的试验方法对不同预冲孔条件下的三向土工格栅进行测试。发现随着预冲孔直径的增大,三向土工格栅拉伸强度呈现先增大后减小的趋势,该现象与拉伸成型后节点的形状有着密切的关系。通过对比两种不同材料的三向土工格栅力学性能发现,工业聚丙烯材料的三向土工格栅性能更优。同时,通过数值模拟对三向土工格栅拉伸成型过程进行了分析,得到最优的预冲孔方案,并分析三向土工格栅沿筋条方向各肋和节点的宽度、厚度、应力、应变分布规律。然后,针对三向土工格栅的优劣势提出一种新型多向土工格栅,即复合多向性能优化土工格栅。该格栅相比于三向土工格栅,在0°方向设有筋条,可与土石更好结合,形成嵌锁块,对基体增强效果更佳显著。通过“高温拉伸成型-室温拉断”的试验方法对比该格栅的不同预冲孔方案发现,圆形-半圆形预冲孔复合可获得最大多向平均拉伸强度,并获得最优的力学性能。使用Abaqus CAE对该格栅的拉伸成型过程进行分析,得到了纵筋厚度宽度随拉伸倍数的变化规律。同时,总结了各筋沿路径的宽度、厚度、应力、应变分布规律。最后,结合研究得到了本文的主要结论及发展展望。

关键词：三向土工格栅多向土工格栅预冲孔设计力学性能数值模拟

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