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토목섬유의 인장 기계적 성질의 응용 연구

지오텍스타일의 인장특성 시험과정에서 연신변형이 크고 인장과정에서 "넥킹" 현상이 일어나기 쉽고 시편의 폭은 인장강도지수에 큰 영향을 미친다. 따라서 지오텍스타일의 인장강도는 지오텍스타일 제품의 품질을 테스트하고 평가하는 중요한 지표이며 엔지니어링 설계에서 지오텍스타일을 선택하는 중요한 기초가 됩니다.

토목 섬유 인장 강도

엔지니어링 재료로서 지오텍스타일을 사용하면 건설을 단순화하고 프로젝트 품질을 개선하며 프로젝트 비용을 절감하고 프로젝트 수명을 연장하고 프로젝트 유지 관리를 줄일 수 있습니다. 지오텍스타일은 교통, 수자원 보존, 전력, 항구, 광업, 강과 호수, 연안 댐, 토양 및 수질 보존, 환경 오염 방지와 같은 다양한 엔지니어링 분야에서 널리 사용되었습니다.

★ 토목섬유의 분류, 기능 및 응용

토목섬유는 지오텍스타일(geotextile), 지오멤브레인(geomembrane), 지오컴포지트(geocomposite), 토목특수소재(geotechnical special materials)의 XNUMX가지로 분류되며, 그 중 토목섬유는 직조 방식에 따라 직조 토목섬유, 부직포 토목섬유, 편직 토목섬유로 구분된다. 실제 적용에서 지오텍스타일은 주로 보강, 격리, 여과 및 배수와 같은 기능을 가지고 있습니다.

지오텍 스타일

강화 역할 및 적용

토목섬유는 장기간 사용시 토목공사의 변위를 제한할 수 있으며, 토목에 작용하는 국부응력을 더 큰 면적으로 이동시키거나 분산시킬 수 있고, 토양과 토목섬유 사이의 마찰저항을 증가시키고 토목공사의 보강 또는 강화 역할을 할 수 있다. 엔지니어링 작업, 특히 약한 토양에서의 작업.

보강 토목 섬유

주로 고속도로, 철도, 제방, 토암 댐, 공항, 운동장 및 기타 프로젝트에 사용되어 약한 기초를 강화하고 격리 및 여과의 역할도 합니다. 습한 지역, 늪, 압축성 토양을 일시적으로 통과합니다. 더미 또는 굴착 급경사면의 경사면의 안정성을 강화합니다. 자갈 사면과 보강토의 안정성을 높입니다. 옹벽의 뒤채움 보강재, 유연한 포장재 보강재, 도로 반사 균열 보수 등으로 사용됩니다.

절연 역할과 적용

지오텍스타일로 서로 다른 토양 구조를 분리하여 안정적인 하위 인터페이스를 형성하여 각 층이 요구 사항에 따라 분리되고 고유한 특성과 전반적인 역할을 수행할 수 있도록 합니다. 토목 섬유로 분리하면 자재 유형을 줄이고 많은화물을 절약하며 건설 비용을 줄일 수 있습니다.

격리 지오텍스타일

주로 사용: 고속도로, 철도, 공항, 주차장 등의 표면과 기초 사이의 격리 층; 철도 밸러스트와 노반 사이의 격리; 노반과 약한 기초 사이의 격리; 혼합 흙과 돌 댐에서 서로 다른 댐 건축 자재 사이의 격리; 돌망태, 모래 주머니 또는 흙 주머니와 약한 기초 사이의 격리; 인공 채우기, 암석 더미 또는 재료 필드와 기초 사이의 격리 층; 다른 영구 동토층 사이의 격리; 강, 강, 호수 지오텍스타일은 수중에서 격리의 역할을 하고 역여과 및 보강의 역할을 합니다.

여과기 역할 a신청서

토목섬유는 물이 통과할 수 있게 하고 토양 입자가 통과하는 것을 효과적으로 방지하여 토양 입자의 손실을 방지하고 토양을 손상시킵니다.

여과 토목 섬유

주로 사용: 흙과 돌 댐의 점토 코어 벽 또는 점토 경사 벽의 필터 층; 흙과 돌 댐 또는 제방에 있는 다양한 배수체의 필터 층; 재 저장 댐 또는 퇴적 댐 표면의 필터 층; 제방, 댐, 강, 운하 및 해안의 블록 석재 또는 콘크리트 사면 보호의 필터 층; 옹벽의 백필에 있는 배수 시스템의 필터 층; 배수 배수로 주변 또는 자갈 배수 배수로 주변의 필터 층; 우물의 필터 층, 물 보존 프로젝트의 압력 감소 우물 또는 경사 압력 파이프.

배수 기능 및 응용

토목 섬유는 토양에 배수로를 형성하여 토양의 물을 모아 직물의 평면을 따라 몸 밖으로 배출할 수 있습니다.

배수 토목 섬유

주로 흙댐 내부의 수직 또는 수평 배수에 사용됩니다. 옹벽 뒤의 배수; 다양한 건물 주변의 배수; 묻힌 토양에서 간극수압의 소산; 인공 채우기 기초 또는 운동장 기초 등의 배수

분석 지오텍스타일의 인장 기계적 성질

지오텍스타일의 많은 응용 중 인장강도(인장강도)는 지오텍스타일의 가장 기본적이고 필수적인 기계적 물성 지수이다. 토목 섬유의 보강, 미끄럼 방지, 당김 기능을 최대한 활용하거나 부드러운 기초 보강, 매트, 침투 제어, 해안 보호, 격리, 배수 및 기타 응용 분야에 대한 실현을 보장하기 위해 기능을 위해 지오텍스타일은 일정한 인장 강도를 가져야 합니다. 따라서 토목 섬유의 인장 강도를 올바르게 결정하고 예측하는 방법은 토목 섬유 연구에서 중요한 문제입니다.

토목섬유의 스트립 인장시험을 위한 시편의 폭 연구

일반적으로 토목 섬유의 인장 강도 측정은 여전히 ​​섬유의 스트립 인장 시험 방법을 따릅니다. 지오텍 스타일, 특히 부직포 지오텍 스타일의 경우 인장 변형이 당겨질 때 매우 크며 시편의 중간은 측면 수축, 즉 "넥킹" 현상이 발생하며 인장 강도의 테스트 결과가 낮습니다. 테스트 결과를 실제 상황에 최대한 가깝게 만들기 위해 스탠딩 방식은 "넥킹" 효과를 줄입니다. 한 가지 방법은 두 지그 사이에 볼록한 못으로 시편을 고정하여 신축 중 측면 수축을 방지하고 "넥킹(necking)"을 방지하는 것이지만 더 번거롭습니다. 또 다른 방법은 표본을 넓히는 것입니다. 현재, 기존 인장 시험은 "넥킹"의 영향을 줄이기 위해 더 자주 넓은 시편을 사용합니다.

방직 및 토목 방직 인장에 대한 표준 시편에서 일반 방직 시편은 좁고 길며 일반적으로 너비 50mm, 길이 75~200mm입니다. 지오텍스타일 표본은 넓고 짧으며 일반적으로 길이 100mm, 너비 200mm, 너비 500mm입니다. 일반적으로 폭이 좁은 50mm 인장 시편의 너비; 와이드라고 불리는 200mm 너비의 표본이 될 것입니다. 500mm 폭의 시편을 엑스트라 와이드 시편이라고 합니다.

지오텍스타일의 경우 국제적 경향의 대부분은 ASTM D200 "표준 폭 스트립 방법에 의한 지오텍스타일의 인장 특성에 대한 표준 테스트 방법"과 같은 4595mm 너비의 샘플을 사용하는 것입니다. 프랑스와 이탈리아에서는 500mm 폭의 시편 사용을 권장하고 있습니다. 실습을 통해 시편이 너무 넓고 작동하기 어려우며 시편을 고정하는 데 문제가 있음이 입증되었습니다. 지오텍 스타일 및 토목 합성 제품 표준에 대한 국제 표준과 관련하여 중국 국가 품질 기술 감독국은 GB/T 15788에 대한 표준 지오텍스타일 인장 시험 와이드 스트립 방법으로 시편의 너비를 200mm로 규정합니다.

이론은 시편의 폭과 길이의 변화가 시편을 늘일 때 Necking의 변화를 일으켜 시편의 인장강도에 영향을 미친다는 것이다. 시편의 너비 대 길이 비율이 작을수록 네킹이 작아지고 인장 강도가 높아집니다. 1980년 Bell과 Hichs는 직물의 경우 스트립 폭 대 길이의 비율이 1:1을 초과하면 파단 강도에 대한 스트립 폭의 영향이 감소하는 반면 부직포의 경우 파단 강도에 대한 스트립 폭의 영향이 감소한다는 테스트에서 결론을 내렸습니다. 스트립 너비 대 길이 비율이 4:1을 초과한 후. 또한 니들 펀칭된 부직포 지오텍스타일의 인장 강도에 대한 샘플 너비의 영향은 "가장자리"의 효과가 있습니다. 시편의 너비를 늘리면 "가장자리" 효과를 줄이고 파괴 강도를 높이는 데 도움이 됩니다.

1986년에 B. Myle은 토목섬유에 관한 제50차 국제회의에 보다 대표적인 정보를 제공했습니다. 폭이 200mm, 500mm, 1000mm, 500mm인 고강도 직조 지오텍스타일과 경량 부직포 지오텍스타일을 각각 연신한 결과, 폭이 1000mm 이상일 경우 강도 변화가 크지 않다는 결론을 내렸다. 폭 50mm 시편을 기준으로 하면 폭 13mm의 좁은 스트립 직조 시편으로 측정한 인장 강도는 30% 더 높은 반면 측면 수축의 영향을 받는 지오텍 스타일 부직포의 인장 강도는 XNUMX% 더 낮습니다. 인장 후 직물의 측면 넥킹이 명확하지 않고 시편이 좁을수록 불균일률이 작을수록 좁은 시편의 인장 특성은 불균일률의 영향으로 높게 편향됩니다.

일부 연구자들은 또한 폭이 200mm 미만인 시편이 직조된 지오텍스타일 및 지오그리드의 최대 인장 강도를 최대 약 20%까지 과대평가할 것이라고 다양한 너비의 시편에 대한 테스트에서 결론을 내렸습니다. 연신 과정에서 넥킹 정도가 더 큰 부직포 시편의 경우 시편의 너비를 적절하게 늘리거나 50mm 시편에서 얻은 값에 일부 기술적인 수정을 가하는 것이 좋습니다. 시편의 폭이 증가함에 따라 인장강도는 안정된 값을 갖는 경향이 있다.

인장 토목섬유 파손 및 오픈홀 토목섬유 연구

지오텍스타일이 실제로 엔지니어링에 사용될 때 적절한 부품에 구멍을 뚫어야 하거나 엔지니어링 조건의 영향을 받는 구조 또는 구조가 다르기 때문에 구멍이 뚫리거나 부서지는 경우가 많습니다. 지오텍스타일의 강도는 그 자체의 구조적 조건에 의해 결정되며, 구조 자체가 기계적으로 손상되거나 열리면 강도에 영향을 받을 수밖에 없습니다.

Kan과 Chan은 부직 지오텍스타일에 인공적으로 구멍을 열어 실제 응용 분야에서 손상을 시뮬레이션했습니다. 인장 시험은 50mm 및 100mm 폭의 시편을 사용하여 수행되었습니다. 연구된 매개변수에는 구멍의 수, 구멍의 위치, 연신율 및 시편의 인장 방향이 포함되었습니다. 다중 선형 회귀 곡선 피팅 기술을 사용하여 지오텍스타일의 인장 특성을 특성화하기 위해 수학적 모델도 개발되었습니다. 데이터는 시편 폭이 인장 강도에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 구멍의 수가 증가하거나 구멍의 방향이 인장방향과 수직일 때 시편의 인장강도 및 신율은 감소하였다.

Chiet al. 200mmx100mm 부직포 지오텍스타일 시편의 장방형, 정사각형, 원형 ​​구멍을 열어 인장강도를 시험하고, 개봉 후 남은 폭의 인장강도를 원본 시편과 비교하였다. 시험 분석 연구는 다음과 같이 결론지었습니다. 시편의 열린 구멍 면적은 점차 증가하고 인장 강도는 점차 감소하며 선형 관계입니다. 응력 집중 지점에서 손상이 발생합니다. 직물 인장 강도 후 열린 구멍은 시편 응력 폭에 따라 다르며 응력 폭이 클수록 인장 강도가 커집니다. 어떤 유형의 구멍에 관계없이 직물은 응력 집중의 역할로 인해 직물 강도 값의 나머지 너비가 열린 구멍이 없는 동일한 너비보다 약간 작습니다. 직물 개방 구멍 직물의 인장 강도는 면적 감소 비율보다 큰 비율만큼 감소합니다.

Qian은 원형 구멍을 열 때 100mm 너비의 복합 지오텍스타일 시편의 구멍 근처의 응력 집중을 분석하기 위해 경계 요소 방법을 사용했습니다. 시편의 구멍 부근의 최대 응력값은 시편이 일정한 크기로 단방향 및 양방향 인장을 받을 때 원형 구멍의 크기가 커질수록 증가한다.

토목섬유의 기타 인장특성 연구

지오텍스타일의 인장 기계적 특성 연구를 위해 더 많은 연구가 단방향 스트레칭과 관련되어 있습니다. 위에서 설명한 스트립 인장 시험편의 폭에 대한 연구와 파단 및 개방 구멍 인장에 대한 연구도 기본적으로 토목 섬유의 일방향 스트레칭을 기반으로 연구됩니다.

지오텍스타일의 실제 사용 과정에서 힘은 매우 복잡하기 때문에 단방향 인장에 대한 연구만으로는 충분하지 않습니다. 엔지니어링에 사용되는 지오텍스타일의 양방향 인장 특성에 대한 연구는 보다 실용적인 응용 가치가 있어야 합니다.

Bais는 스펀본드 부직포 지오텍스타일의 양방향 스트레칭을 조사했습니다. 섬유의 응력-변형률 곡선과 배향 분포를 분석하여 이론적인 모델을 수립하였다. 모델에서는 섬유의 비선형성을 고려하였으나, 횡변형률이 XNUMX인 스트립의 양방향 신축의 경우에 한정하였고, 작은 변형범위에서 이론적인 예측결과는 시험과 잘 일치하였다.

토목 섬유 자체의 인장 기계적 특성을 연구하는 것 외에도 많은 연구자들은 토양과 상호 작용하는 실제 응용 분야에서 토목 섬유의 특성을 연구했습니다. 예를 들어, Mogahzy는 토양과 지오텍스타일의 상호작용을 연구하여 지오텍스타일이 토양에서 인장 작용을 받을 때 XNUMX가지 형태의 손상을 제안하고, 지오텍스타일-토양 상호작용의 임계 계수를 계산하기 위한 일반 방정식을 수립하고 이론적으로 설명했습니다.

지오텍스타일의 실제 적용에서 인장 특성은 매우 중요합니다. 이 논문은 지오텍스타일의 인장 기계적 특성이 실제 엔지니어링 응용에 매우 중요하다는 것을 이론적으로 논의하고 지오텍스타일의 실제 적용을 위한 견고한 이론적 토대를 제공하기를 희망합니다.

 

 

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