[发明专利]一种具有负泊松比效应的土工格栅及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有负泊松比效应的土工格栅及其制备方法，它解决了现有技术中筋材易拔出引起加筋土工程失效、筋土结构稳定性较差的问题，能够产生负泊松比效应、提高筋材与填料的相互作用，节点膨胀增大筋土的咬合作用，使得筋土界面的似摩擦系数增加；增大了格栅肋的被动阻抗力，从而增强了高大加筋土结构稳定性；其技术方案为：包括格栅肋和节点套筒，相邻格栅肋通过节点套筒拼接成网状结构；所述格栅肋的两端具有小节点，每四个格栅肋的小节点拼成一个大节点并通过节点套筒固定；外载荷作用时小节点在节点套筒内滑移使节点套筒在厚度方向发生膨胀变形，产生负泊松比结构效应。

技术领域

本发明涉及土木工程领域，尤其涉及一种具有负泊松比效应的土工格栅及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国基础设施的大规模建设，特别是随着交通路网向山区延伸，高大加筋土结构(高度超过20m的高大挡墙和路基等)越来越多。在行车荷载及自然因素(气象、水文、地质、地震等)的作用下，高大加筋土结构变形、开裂甚至垮塌等灾害时有发生，给人民生命财产带来重大损失。研究发现随着填土高度(上覆压力)的增加,筋土之间剪应力的增长幅度减小,当填土增大到一定高度时,筋土之间的剪应力增加不明显，说明高大加筋土结构深层筋材的摩擦系数比浅层的要降低很多，增加了筋材被拔出的风险。出现上述现象主要是因为传统土工格栅属于正泊松比材料，当格栅收到拉伸作用时，格栅在厚度方向发生收缩，引起筋-土界面处的填料发生剪缩。

现有研究中，为了改善加筋土的力学性能，人们往往通过提高材料本身强度来改善填土结构的稳定性，而忽视了对加筋土工程变形和强度有重要影响的筋土界面作用特性的改善，这种改进方法对于解决筋材拔出而引起的加筋土工程失效的问题成效甚微。

因此，如何提高筋-土界面的力学性能是高大加筋土结构设计中亟待解决的主要难题之一。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有负泊松比效应的土工格栅及其制备方法，其具有产生负泊松比效应、提高筋材与填料的相互作用，节点膨胀增大筋土的咬合作用，使得筋土界面的似摩擦系数增加；增大了格栅肋的被动阻抗力，从而增强了高大加筋土结构稳定性的效果。

本发明采用下述技术方案：

一种具有负泊松比效应的土工格栅，包括格栅肋和节点套筒，相邻格栅肋通过节点套筒拼接成网状结构；所述格栅肋的两端具有小节点，每四个格栅肋的小节点拼成一个大节点并通过节点套筒固定；外载荷作用时小节点在节点套筒内滑移使节点套筒在厚度方向发生膨胀变形，产生负泊松比结构效应。

进一步的，所述小节点呈锥体结构。

进一步的，所述节点套筒为对称结构，其内部具有与小节点形状相适配的空腔。

进一步的，所述节点套筒的厚度小于格栅肋的厚度。

具有负泊松比效应的土工格栅的制备方法，包括以下步骤：

步骤1确定土工格栅的结构尺寸；

步骤2以高密度聚乙烯为原料制备格栅肋；

步骤3将格栅肋拼装成双向土工格栅，并利用节点套筒将格栅肋固定。

进一步的，所述步骤1中，根据确定的土工格栅结构尺寸与负泊松比数值关系确定小节点尺寸。

进一步的，所述格栅肋厚度为3～5mm，格栅肋宽度为8～10mm，每个格栅肋长度为45～55mm。

进一步的，所述小节点长度为10～15mm，小节点最大厚度位置尺寸为10～12mm。

进一步的，所述节点套筒厚度为2～3mm。

进一步的，所述步骤2中，利用土工格栅生产设备经塑化制得格栅肋。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：