堆石坝面防渗土工膜双向拉伸力学特性研究

目前我国土工膜防渗工程设计依然以单轴拉伸试验结果为依据，但土工膜在堆石坝面防渗结构中的受力状态多为双向甚至多向拉伸，土工膜在双向拉伸下的强度、延伸率及变形模量等力学性能与单向拉伸相差较大；而土工膜在双向受力状态下的力学特性研究尚不多见。本课题拟用十字形双轴拉伸试验方法对土工膜的力学特性进行研究。首先通过设计最优的十字形试样及夹具，探索土工膜的真应变的图像测试技术，从而建立一套成熟的土工膜十字形双轴拉伸试验方法；然后在不同拉伸速率、环境温度以及复杂加载路径下进行土工膜双轴拉伸试验，获得双向应力状态下土工膜力学性能参数及多种因素作用下土工膜双向应力应变关系模型；并运用数值模拟和力学理论对模型进行验证；最后，用单轴拉伸试验进行相同条件的试验，并试图建立一种用常规单轴拉伸试验来描述模拟土工膜双向应力状态下力学行为的方法。本课题旨在为土工膜的工程应用和研究提供理论基础和依据。

目前我国土工膜防渗工程设计依然以单轴拉伸试验结果为依据，但土工膜在堆石坝面防渗结构中的受力状态多为双向甚至多向拉伸，土工膜在双向拉伸下的力学性能与单向拉伸相差较大；而土工膜在双向受力状态下的力学特性研究尚不多见。本项目采用十字形和圆筒形双轴拉伸试验方法对土工膜的力学特性进行了系统深入的研究。首先通过大量探索和研究，分别建立了十字形和圆筒形土工膜双向拉伸试验方法；其次，针对几种土工膜进行了一系列的双向拉伸试验，获得不同双向应力状态下土工膜力学性能参数及应力应变关系；再次，通过对双向拉伸试验结果进行对比分析，提出了能描述不同土工膜真应力应变关系的本构模型，并通过相应的试验数据对本构模型的合理性和可靠性进行了验证；最后，对相同土工膜进行单轴拉伸试验，通过对比分析单、双向拉伸试验结果，建立了单、双向拉伸状态下力学特性之间的关系，并通过试验数据进行了验证。本项目研究成果为工程设计提供一定的理论基础和依据。