Experimentelle Untersuchung einer angemessenen Maschenweite geogitterverstärkter Rückstände

Jul 29, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 10037 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Derzeit wird der Einfluss der Geogittermaschenweite auf die Schnittstelleneigenschaften in verschiedenen Codes und Standards außer Acht gelassen. Um die angemessene Maschenweite von Geogittern für verstärkte Rückstände zu ermitteln, wurden der direkte Schertest und der Ausziehtest von mit Geogittern verstärkten Rückständen mit unterschiedlichen Maschenweiten durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Scherfläche von mit Geogittern verstärkten Rückständen durch die kombinierte Wirkung der Schnittstelle zwischen Geogitter und Rückständen und der Grenzfläche zwischen Rückständen und Rückständen gekennzeichnet ist. Die Grenzflächenreibung zwischen Geogitter und Tailings wurde von der Gesamtgrenzflächenreibung getrennt, um den Einfluss des Flächenverhältnisses darauf unter verschiedenen Testbedingungen zu analysieren. und die Maschenweite der mit Geogittern verstärkten Rückstände, d. h. das Flächenverhältnis der Grenzfläche zwischen Geogitter und Rückständen zur Scherfläche (α), hat einen größeren Einfluss auf die Pseudokohäsion und weniger auf den Pseudoreibungswinkel. Die Reibungsfestigkeit der Geogitter-Abraum-Grenzfläche nimmt mit zunehmender Maschenweite leicht zu, nimmt dann stark ab und die Verstärkungswirkung des Geogitters verschwindet schnell. Unter Berücksichtigung des direkten Schertests und des Auszugstests sollte die angemessene Maschenweite von geogitterverstärkten Rückständen bei einer Maschenweite von α 0,47–0,55 liegen. Mit der Erhöhung α kann die Wirkung der mit Geogittern verstärkten Rückstände in vier Stufen unterteilt werden, wobei die dritte Stufe (\(0,4 \le \alpha < 0,6\)) die Stufe mit der besten Verstärkungswirkung ist.

In den letzten Jahren wurde Geogitter aufgrund seiner einzigartigen Oberflächenstrukturen wie Maschen und Rippen, die die Rolle von Einlage und Biss spielen können, in vielen verstärkten Strukturen wie Untergründen, Stützmauern, Böschungen, Böschungen und Böschungen häufig verwendet. Es hat dazu beigetragen, die Festigkeit und Stabilität des Bodens zu verbessern. Im Bereich der Böschungsverstärkung ähnlich dem Absetzbeckendamm führten Arulrajah et al.1 Untersuchungen zu geogitterverstärktem recyceltem Schaumglas durch und zeigten, dass die Geogitterverstärkung eine wichtige technische Bedeutung für die Verbesserung der Böschungsstabilität hat; Als eine der kritischen Strukturen in der Minenproduktion haben Wissenschaftler große Bedenken hinsichtlich der Stabilität des Tailings-Damms2, daher gibt es für die Geogitterverstärkung auch viele Anwendungen und Studien zur Verbesserung der Stabilität des Tailings-Damms3,4. Mit der schrittweisen Anwendung von Geogittern begann man, die Grenzflächeninteraktionseigenschaften zwischen Geogitter und Füllmaterial nach und nach zu untersuchen5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15.

Die Grenzflächeninteraktion zwischen Geogitter und Füllmaterial ist ein wichtiger technischer Index5,16,17,18,19,20,21,22, da sie direkt die Stabilität der verstärkten Struktur bestimmt. Die Grenzflächenparameter (dh der Grenzflächenfestigkeitsindex der Pseudokohäsion sowie der Pseudoreibungswinkel und der Pseudoreibungskoeffizient) sind die wichtigsten Parameter für den Entwurf und die Analyse verstärkter Strukturen23,24. Die Grenzflächenparameter von verstärktem Boden werden hauptsächlich aus dem direkten Scherversuch und dem Auszugsversuch ermittelt, und anschließend werden die Grenzflächeninteraktionseigenschaften von verstärktem Boden analysiert. Aufgrund der unterschiedlichen Testmechanismen sind die Ergebnisse dieser beiden Tests recht unterschiedlich. Einige Wissenschaftler in China und im Ausland haben die Grenzflächeninteraktionen zwischen Geogittern und Füllstoffen verglichen und untersucht25,26,27,28. Allerdings haben Wissenschaftler bei ihrer Forschung die einzigartige Maschenstruktur von Geogittern nicht berücksichtigt, sodass die Auswahl der Maschenweite des Geogitters bei tatsächlichen Verstärkungsprojekten immer noch weitgehend künstlich ist. Um dieses Problem zu lösen, gingen Tang et al.29 davon aus, dass die Grenzflächenwirkung des verstärkten Körpers aus der umfassenden Reibungswirkung der Geogitter-Boden-Grenzfläche und der Boden-Boden-Grenzfläche besteht. Die Reibungswirkung der Geogitter-Boden-Schnittstelle sollte von der umfassenden Reibungswirkung der Schnittstelle getrennt werden. Die Reibungswirkung zwischen Geogitter und Boden sollte verwendet werden, um den Verstärkungseffekt des Geogitters zu charakterisieren und den Einfluss der Maschengröße auf den Verstärkungseffekt des Geogitters genau zu beschreiben. Bei der Anwendung von mit Geogittern verstärkten Rückständen wurden auch Untersuchungen zu den Grenzflächenreibungseigenschaften von mit Geogittern verstärkten Rückständen durchgeführt, und die Auswirkung der Maschenweite auf die Grenzfläche zwischen Geogitter und Rückständen wurde ebenfalls nicht berücksichtigt.

In dieser Studie wird die Berechnungsmethode für den Grenzflächenfestigkeitsindex abgeleitet, die den Reibungseffekt der Geogitter-Abraum-Grenzfläche vom umfassenden Reibungseffekt der Grenzfläche in der verstärkten Abraumtechnik trennt. Die Grenzflächenreibungseigenschaften zwischen Geogitter und Abraum mit unterschiedlichen Maschenweiten wurden von Indoor Direct untersucht Scher- und Auszugsversuche. Es wurde der Einfluss der Geogittermaschengröße auf den Grenzflächenfestigkeitsindex unter den beiden Testbedingungen ermittelt. Anschließend wird die Auswirkung des direkten Scher- und Auszugstests auf die Auswahl einer angemessenen Maschenweite des Geogitters diskutiert. Anschließend wird die sinnvolle Maschenweite von mit Geogittern verstärkten Rückständen untersucht, was die Konstruktion von verstärkten Rückstandsdämmen in der praktischen Technik unterstützte und die Forschungslücke bei der Auswahl der Maschenweite von mit Geogittern verstärkten Rückständen füllte.

Bei der in dieser Studie verwendeten Ausrüstung handelt es sich um eine patentierte Ausrüstung, die aus dem direkten Scherauszugtestsystem YT1200 für Geokunststoffe (Nanjing Huade Instrument Company) umgestaltet wurde und die Mängel der vorhandenen Ausrüstung behebt. Das System besteht aus einer Prüfbox (Direktscherung und Auszug), einem vertikalen Belastungssystem, einem horizontalen Belastungssystem und einem Datenerfassungssystem. Die gesamte Testausrüstung mit Ausnahme des Bildaufnahmesystems ist auf einem Prüfstand installiert, so dass sich die auf die Testbox wirkende Kraft des Zug- und Druckmotors und die von der Reaktionsvorrichtung in der Testbox erzeugte Reaktionskraft gegenseitig aufheben, d. h praktisch für die Testkontrolle und reduziert Testfehler. Die Testausrüstung ist in Abb. 1 dargestellt.

Testgerät.

Es gibt zwei Arten von Testboxen, die auf der Grundlage dieses Instruments entwickelt wurden: Testboxen für direkte Scherung und ausziehbare Testboxen, wie in Abb. 2 dargestellt. Die Testbox für direkte Scherung (Abb. 2a) ist in eine obere Box für direkte Scherung und eine untere unterteilt Direktscherwagen, wobei die Innenabmessungen des oberen Direktscherkastens 300 × 300 × 150 mm (Länge × Breite × Höhe) betragen. Die Innenmaße der ausziehbaren Prüfbox (Abb. 2b) betragen 300 × 300 × 220 mm. Zur Entnahme der Geokunststoffe wurde in der Mitte der Vorder- und Rückseite der Prüfrille ein schmaler Schlitz mit den Abmessungen 300 × 10 mm geöffnet. Ein 10 mm dickes gehärtetes Plexiglas ist in die Öffnungen der Direktschub-Testbox und der ausziehbaren Testbox eingeklebt, um die Beobachtung der Verformung der Bewehrung während des Tests zu erleichtern und Fotos zu machen, um die Visualisierung der Schnittstelle zwischen den zu ermöglichen Bewehrung und Boden während des Tests. Die beiden Testboxen dieses Geräts sind im Allgemeinen größer als ähnliche Testboxen und weisen eine gewisse Reduzierung der Größe und der Grenzeffekte auf. Der untere Bereich ist derselbe, was die direkten Scher- und Auszugstests unter verschiedenen Arbeitsbedingungen erleichtern und die Testergebnisse analysieren und vergleichen kann.

Testfall.

Der Zylinder mit Drucksensor übt den Abraumdruck über die Reaktionsvorrichtung im vertikalen Ladesystem aus. Der Zylinder ist ein 30-L-Luftkompressor. Auf dem Druckbelastungssystem kann eine Druckplatte mit den Abmessungen 295 × 295 × 10 mm darüberliegende Drücke im Bereich von 0–200 kPa gleichmäßig aufbringen. Das pneumatische Ladesystem dient zur Steuerung der vertikalen Belastung der Testausrüstung, was für die Steuerung und Entladung der Last praktisch ist und verschiedene konstante Überdrucke auf den Füller in der Testbox ausüben kann.

Der Zug- und Druckmotor des horizontalen Belastungssystems mit Zugsensor verfügt über eine regelbare Geschwindigkeit, die eine konstante Belastungsgeschwindigkeit im Bereich von 0–5 mm/min ausüben und die Prüfkraft messen kann.

Diese Prüfmaschine ist mit einem Bedienfeld ausgestattet (siehe Abb. 1). Das linke Bedienfeld ist mit dem vertikalen Belastungssystem verbunden, um den darüber liegenden Druck einzustellen, und das rechte Bedienfeld ist mit dem horizontalen Belastungssystem verbunden, um die Testergebnisse in Echtzeit anzuzeigen. Auf dem Bildschirm wird eine Echtzeitüberwachung der Testdaten realisiert, sodass der Test rechtzeitig analysiert oder gestoppt werden kann. Wenn Probleme auftreten, wird die hohe Effizienz des Tests sichergestellt. Die Daten werden während des Tests automatisch erfasst und gespeichert. Das Testgerät wird an den Computer angeschlossen. Nach Abschluss des Tests können die Daten auf den Computer exportiert werden, um die Genauigkeit zu gewährleisten Die Ergebnisse sind garantiert.

Der im Test verwendete Tailings-Füller stammte aus dem Fengshuigou-Tailings-Teich des Qidashan-Konzentrators der Angang Mining Group und hatte eine Dichte von 1,83 g/cm3 und einen Feuchtigkeitsgehalt von 3,75 %. Die physikalischen Eigenschaften der Rückstände sind wie folgt: effektive Partikelgröße d10 = 0,10 mm, mittlere Partikelgröße d30 = 0,19 mm und eingeschränkte Partikelgröße d60 = 0,30 mm. Die Partikelgrößenverteilung der Rückstände ist in Tabelle 1 dargestellt. Die Berechnungen zeigten, dass der Unebenheitskoeffizient Cu der Rückstände 3,5 und der Krümmungskoeffizient Cc 1,2 betrug. Letzterer Wert liegt zwischen 1 und 3, was darauf hindeutet, dass die Rückstände eine schlechte Gradation aufwiesen.

Bei den im Test verwendeten Geogittern handelte es sich um biaxiale Zug-Geogitter aus Glasfaser (EGA30), die in verschiedenen Bewehrungstechnikumgebungen mit hervorragenden Ergebnissen eingesetzt wurden. Die spezifischen Materialleistungsparameter der Geogitter sind in Tabelle 2 zusammengefasst.

Schneiden Sie das im Test verwendete Geogitter nach verschiedenen Maschenweiten zu, die Originalgröße beträgt 12,7 × 12,7 mm, und schneiden Sie es in Tabelle 3 weiter auf andere Größen zu (wie in Abb. 3 dargestellt). Da die Zugfestigkeit des Geogitters nach dem Schneiden abnimmt, werden der direkte Schertest und der Auszugstest unter vier niedrigen Normalspannungen (10 kPa, 20 kPa, 30 kPa und 40 kPa) und fünf Gruppen von Testschemata werden entsprechend den geschnittenen Geogittern mit unterschiedlichen Maschenweiten entworfen, mit insgesamt 40 Gruppen von Testschemata. Jede Gruppe verfügte über 1–3 parallel getestete Gruppen, um die Diskretion der Ergebnisse zu verringern. Tabelle 3 zeigt die Messdaten und α von Geogittern mit unterschiedlichen Maschenweiten. (siehe unten für die entsprechende Formel in der Tabelle).

Geogitter mit unterschiedlichen Maschenweiten nach dem Zuschnitt.

Während der Tests wurde die Dichte des Rückstandssands verwendet, um die Sandmenge in der Testbox zu steuern, und der Sandbeladungsprozess wurde schichtweise verdichtet, um sicherzustellen, dass jede Gruppe die gleiche Dichte hatte. Wir haben Schmieröl gleichmäßig auf beide Seiten der ausziehbaren Testbox aufgetragen, um den Größeneffekt während des Tests zu reduzieren. Die Geschwindigkeit sowohl des direkten Scher- als auch des Auszugstests wurde auf 2 mm/min eingestellt. Nach den Tests wurden die Spitzenwerte jeder Gruppe zur anschließenden Analyse aufgezeichnet.

Gemäß den direkten Scher- und Auszugstestdaten geogitterverstärkter Rückstände mit unterschiedlichen Maschenweiten des Autors30 wurden die Grenzflächenfestigkeitsindizes (Pseudokohäsion und Pseudoreibungswinkel) der Geogitterrückstände aus der Mohr-Coulomb-Festigkeit ermittelt Kriterium, wie in Abb. 4 dargestellt. Mit zunehmender Maschenweite des Geogitters, d. h. α nimmt ab, nimmt der Festigkeitsindex der Pseudokohäsionsschnittstelle zu und der Pseudoreibungswinkel ändert sich nicht wesentlich. Als die Maschenweite des Geogitters unter direkten Schertestbedingungen von 12,7 × 12,7 auf 63,5 × 63,5 mm erhöht wurde: Die Pseudokohäsion verringerte sich von 12,11 auf 1,44 kPa, was einer Verringerung um 88 % entspricht, und der Pseudoreibungswinkel erhöhte sich von 23,50° auf 25,34°, was einem Anstieg von 7,8 % entspricht; Unter Auszugstestbedingungen: Die Pseudokohäsion nimmt von 9,33 auf 1,01 kPa ab, was einer Reduzierung um 89,2 % entspricht, und der Pseudoreibungswinkel steigt von 10,38° auf 10,93°, was einer Steigerung um 5,3 % entspricht. Dies liegt daran, dass die Vergrößerung der Maschenweite des Geogitters zu einer Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Rückstand und Rückstand an der Grenzfläche zwischen Geogitter und Rückstand führt, was den Biss und die Einlage der Bewehrung verbessert. Daher wirkt sich die Variation der Geogittermaschengröße unter den beiden Testbedingungen erheblich auf die Pseudokohäsion des Grenzflächenfestigkeitsindex aus, und der Einfluss auf den Pseudoreibungswinkel kann ignoriert werden.

Zusammenhang zwischen der Maschenweite des Geogitters und dem Grenzflächenfestigkeitsindex während des direkten Schertests: (a) Pseudokohäsion und (b) Pseudoreibungswinkel.

Die direkten Scher- und Auszugsversuche wurden unter unterschiedlichen Normalspannungen durchgeführt und die Anpassungslinie entspricht dem Mohr-Coulomb-Gesetz. Die Wirkung der verstärkten Schnittstelle ist durch die Wechselwirkung zwischen der Tailings-Tailings-Schnittstelle und der Geogitter-Tailings-Schnittstelle gekennzeichnet. Daher entsprechen die Ausfälle der Tailings-Tailings- und Geogrid-Tailings-Schnittstellen auch dem Mohr-Coulomb-Ausfallkriterium:

wobei \((\tau \,,\sigma )\) die Grenzflächenreibungsstärke und die entsprechende Normalspannung (kPa, kPa) bezeichnen; \((c,\phi )\) bezeichnen den Grenzflächenfestigkeitsindex der Pseudokohäsion und des Pseudoreibungswinkels (kPa, °).

Die resultierende Grenzflächenschubspannung ist gleich dem Produkt aus Scherspannung und Scherfläche, und die folgende Gleichung kann unter direkten Scher- und Ziehbedingungen erhalten werden:

wobei \(A{}_{{{\text{interface}}}} = A{}_{{{\text{tailings}}-{\text{tailings}}}} + A_{{{\text{ Geogitter}}-{\text{Rückstände}}}}\). \(A{\kern 1pt} {}_{{{\text{interface}}}}\) bezeichnet die Fläche des Geogitters, das in der direkten Scher- oder Ausziehprüfbox eingebettet ist, also die Fläche der Scherebene im Testprozess gilt \(A{}_{{\,{\text{interface}}}} = {0}{\text{.09 m}}^{{2}}\). \(A{\kern 1pt} {}_{{\text{Geogitterrückstände}}}\) bezeichnet die Kontaktfläche der Geogitterrückstände; \(A{\kern 1pt} {}_{{\text{Tailings-Tailings}}}\) bezeichnet die Tailings-Tailings-Kontaktfläche.

Da die Verbundbewehrungsschnittstelle, die Tailings-Tailings-Schnittstelle und die Geogitter-Tailings-Schnittstelle alle dieselbe Aktionsfläche erzeugen:

Den Ergebnissen früherer Papiertests zufolge hat die Änderung der Maschenweite des Geogitters einen größeren Einfluss auf die Pseudokohäsion im Grenzflächenfestigkeitsindex und weniger auf den Pseudoreibungswinkel. In dieser Studie wird davon ausgegangen, dass sich der Wert des Pseudoreibungswinkels mit der Änderung der Maschenweite des verstärkten Rückstands-Geogitters nicht ändert:

Umfassende Gleichungen. (1)–(4) verfügbar

wobei,\(A_{{{\text{geogrid-tailings}}}} /A_{{{\text{interface}}}} = \alpha\). \(\alpha\) bezeichnet das Flächenverhältnis der Grenzfläche zwischen Geogitter und Abraum zur Scherfläche. \(c_{{{\text{geogrid-tailings}}}}\) bezeichnet die Pseudokohäsion der Geogrid-tailings-Schnittstelle; \(c_{{{\text{tailings}}-{\text{tailings}}}}\) bezeichnet die Pseudokohäsion der Tailings-Tailings-Schnittstelle, der Standardwert ist 1 kPa, d. h

Kombinieren von Gl. (6), Gl. (1a) und (1c) die Beziehung zwischen der Reibungsstärke der Grenzfläche zwischen Geogitter und Rückständen (\(\tau_{{{\text{Geogitterrückstände}}}}\)) und dem Flächenverhältnis der Geogitterrückstände Grenzfläche zur Scherfläche (\(\alpha\)) unter verschiedenen Normalspannungen kann wie folgt erhalten werden:

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Gl. (7) ist die Reibungsstärke an der Schnittstelle zwischen Geogitter und Tailings, die die Reibung an der Schnittstelle zwischen Geogitter und Tailings von der Gesamtschnittstellenreibung trennt. Eine genaue und sinnvolle Maschenweite kann durch Analyse der Reibungsstärke der Geogitter-Abraum-Grenzfläche unter verschiedenen Testbedingungen ermittelt werden.

Unter den beiden Testbedingungen der direkten Scherung und des Herausziehens nimmt mit zunehmendem Flächenverhältnis der Geogitter-Rückstand-Grenzfläche zur Scheroberfläche der Gesamtgrenzflächenfestigkeitsindex Pseudokohäsion in einem negativen Index zu. Die Anpassungsformel ist in der folgenden Gleichung dargestellt. (8). Nach Gl. (8) Wenn α = 0,22, beträgt die Pseudokohäsion des umfassenden Grenzflächenfestigkeitsindex unter den Bedingungen des direkten Scher- und Ausziehtests 1,13 kPa bzw. 0,87 kPa. Die Grenzfläche zwischen Geogitter und Tailings beträgt 1,57 kPa bzw. 0,42 kPa. Dies weist darauf hin, dass die Wirkung der mit Geogittern verstärkten Rückstände gerade erst begonnen hat, Wirkung zu zeigen; Wenn α = 1, das heißt, wenn das Geogitter voller Rückstände ist, beträgt die Pseudokohäsion des umfassenden Grenzflächenfestigkeitsindex unter den beiden Testbedingungen 12,36 kPa und 9,77 kPa. Es ist aus Gl. ersichtlich. (6) dass der Wert der umfassenden Schnittstellen-Pseudokohäsion derselbe ist wie der der Geogrid-Tailings-Schnittstelle.

Unter normalen Umständen nimmt mit zunehmendem α auch die Pseudokohäsion der umfassenden Schnittstelle zu und erreicht ihr Maximum, wenn α = 1. Ob jedoch zu diesem Zeitpunkt die Verstärkungswirkung des Geogitters maximiert wird, ist die folgende Analyse erforderlich. Ersetzen von Gl. (8) in Gl. (7), die Beziehung \(\tau_{{\text{geogrid-tailings}}} - \alpha\) unter zwei Testbedingungen (Der Pseudo-Reibungswinkel im Folgenden unter dem direkten Schertest und dem Ausziehtest). ist der Durchschnittswert mehrerer Testreihen, die 24,366° und 10,702° betragen), wie in Gleichung gezeigt. (9) .

Zeichnen Sie die \(\tau_{{\text{geogrid-tailings}}} - \alpha\)-Kurve unter verschiedenen Testbedingungen gemäß Gl. (9) wie in Abb. 5 dargestellt. Der Trend der Kurve \(\tau_{{\text{geogrid-tailings}}} - \alpha\) ist unter den beiden Testbedingungen derselbe. Wenn \(\alpha\) zunimmt, steigt \(\tau_{{\text{geogrid-tailings}}}\) zunächst schnell an und nimmt dann langsam ab; Unter der gleichen Normalspannung und bei einer Maschenweite des Geogitters von 12,7 × 12,7 mm sind die durch den direkten Schertest erhaltenen \(\tau_{{\text{Geogitterrückstände}}}\) 31,9 % größer als die des Zugs -Out-Test. Wenn die Maschenweite des Geogitters 63,5 × 63,5 mm beträgt, beträgt der Unterschied zwischen beiden 60,6 %. Mit zunehmender Maschenweite des Geogitters ist der Unterschied \(\tau_{{\text{Geogitterrückstände}}}\), der sich aus dem Auszugstest ergibt, umso signifikanter beim direkten Scherversuch; Dies ist auf den Unterschied zwischen den direkten Scher- und Auszugsprüfmechanismen zurückzuführen. Im Projekt für verstärkte Rückstände sollte die tatsächliche Situation in der Position für verstärkte Rückstände vollständig berücksichtigt werden. Beurteilen Sie vernünftigerweise, ob es sich um direkte Scherreibung oder Zugreibung handelt, um die geeignete Testmethode und den Schnittstellenparameterindex auszuwählen.

\(\tau_{{\text{Geogrid-Tailings}}} - \alpha\) Kurve unter unterschiedlicher Normalspannung: (a) Direkter Schertest und (b) Auszugstest.

Um die sinnvolle Maschenweite des direkten Schertests und des Auszugstests unter verschiedenen Normalspannungen zu ermitteln, muss die Gl. (9) wird abgeleitet, um die folgende Gleichung zu erhalten: (10). Es geht klar aus Gl. (10) dass unter den Bedingungen des direkten Scher- oder Auszugstests die Kurve \(\tau_{{\text{geogrid-tailings}}}^{\prime } - \alpha\) nichts mit der Normalen zu tun hat Spannung, das heißt, die Kurve \(\tau_{{\text{geogrid-tailings}}}^{\prime } - \alpha\) verschiedener Normalspannungen ist gleich. Wenn also \(\tau_{{\text{Geogitterrückstände}}}^{\prime } { = 0}\), erreicht die entsprechende Reibungsstärke zwischen Geogitter und Rückständen gemäß der Ableitungsmethode den Maximalwert und Es kann die ideale, sinnvolle Maschenweite mit Verstärkungseffekt erreicht werden.

Nach Gl. (10) ist die Ableitung der Reibungsfestigkeitsgleichung der Grenzfläche zwischen Geogitter und Rückständen in Abb. 6 dargestellt. Unter den Bedingungen des direkten Schertests gilt, wenn α 0,47 beträgt, \(\tau_{{\text{Geogitterrückstände}} }\) erreicht das Maximum und \(\tau_{{\text{geogrid-tailings}}}\) erreicht das Maximum, wenn α unter den Bedingungen des Auszugstests 0,55 beträgt. Unter Berücksichtigung des direkten Schertests, des Ausziehtests und unterschiedlicher Normalspannungen entspricht die sinnvolle Maschenweite der mit Geogittern verstärkten Rückstände einem Wertebereich von 0,47 bis 0,55, was der sinnvollen Maschenweite des Geogitters in diesem Test entspricht, die Größe beträgt 25,4 × 25,4 mm.

\(\tau_{{\text{Geogrid-Tailings}}}^{\prime } - \alpha\) Kurve unter unterschiedlicher Normalspannung und unterschiedlichen Testbedingungen.

Basierend auf Tangs Untersuchungen zur angemessenen Maschenweite von mit Geogittern verstärktem Boden29 führt diese Studie eine detailliertere Studie über die Anwendung von mit Geogittern verstärkten Rückständen durch und schlägt einen genaueren Bereich angemessener Maschenweiten vor. Und so ist die Verstärkungswirkung des Geogitters in vier Stufen unterteilt (siehe Abb. 7): In der I-Stufe \(0 \le \alpha < 0,2\) kann die Wirkung der mit dem Geogitter verstärkten Rückstände in dieser Stufe nicht widergespiegelt werden. In der II. Stufe \(0,2 \le \alpha < 0,4\) spielten die mit Geogittern verstärkten Rückstände eine Rolle, und die Verstärkungswirkung nahm schnell zu; In der Stufe III \(0,4 \le \alpha < 0,6\) liegt die Wirkung der mit Geogittern verstärkten Rückstände im Übergangsstadium zwischen der Phase des beschleunigten Anstiegs und der Phase des stabilen linearen Rückgangs. Der schattierte Teil hat den besten Verstärkungseffekt. Unabhängig davon, ob in der tatsächlichen Technik die direkte Scherreibung oder die Zugreibung eine führende Rolle spielt, wird empfohlen, dass α, das der ausgewählten Geogitter-Maschenweite entspricht, im schattierten Bereich liegt. Im IV-Stadium \(0,6 \le \alpha \le 1,0\) zeigt die Wirkung der mit Geogittern verstärkten Rückstände eine stabile lineare Abnahmeänderung.

Das schematische Diagramm der Wirkungsänderung geogitterverstärkter Rückstände.

(1) Die Maschenweite der mit Geogittern verstärkten Rückstände, das Flächenverhältnis der Grenzfläche zwischen Geogitter und Rückständen zur Scherfläche, hat einen erheblichen Einfluss auf die Pseudokohäsion des Grenzflächenfestigkeitsindex zwischen Geogittern und Rückständen und einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Pseudokohäsion. Reibungswinkel. Um die Wirkung geogitterverstärkter Rückstände genauer zu analysieren, wird aus der Beziehung zwischen der Reibungsstärke der Grenzfläche zwischen Geogitter und Rückständen und dem Flächenverhältnis der Grenzfläche zwischen Geogitter und Rückständen und der Scherfläche abgeleitet, dass eine angemessene Maschengröße erhalten wird.

(2) Mit der Erhöhung des Flächenverhältnisses der Grenzfläche zwischen Geogitter und Rückstand zur Scherfläche steigt die Reibungsfestigkeit der Grenzfläche zwischen Geogitter und Rückstand zunächst schnell an und nimmt dann langsam ab. Die Auswahl einer angemessenen Maschenweite der mit Geogittern verstärkten Rückstände sollte das Flächenverhältnis der Grenzfläche zwischen Geogitter und Rückständen zur Scherfläche zwischen 0,47 und 0,55 steuern. Innerhalb dieses Bereichs kann die Einlege- und Bissfunktion der Querrippe des Geogitters erzielt werden volles Spiel und die Verstärkungswirkung des Geogitters ist am besten.

(3) Das Ergebnis geogitterverstärkter Rückstände kann in vier Stufen unterteilt werden: Die dritte Stufe (\(0,4 \le \alpha < 0,6\)) ist die Übergangsstufe zwischen der beschleunigten Anstiegsstufe und der stabilen linearen Reduktionsstufe des Geogitters verstärkter Tailings-Effekt. In dieser Phase ist die Reibungsfestigkeit der Geogitter-Abraum-Grenzfläche größer als in anderen Phasen, wobei es sich um die Phase mit der besten Verstärkungswirkung handelt.

Alle während der Studie generierten oder verwendeten Daten, Modelle und Codes erscheinen im eingereichten Artikel.

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Referenzen herunterladen

Die Forschung wurde von der National Natural Science Foundation of China (51774163) und dem Jugendfonds des Bildungsministeriums der Provinz Liaoning (LJKQZ2021153) sowie dem Fachinnovationsteam der Technischen Universität Liaoning (LNTU20TD-12) unterstützt. Wir freuen uns über die nützlichen Kommentare des Herausgebers und der anonymen Gutachter.

Die National Natural Science Foundation of China (51774163) und der Jugendfonds des Bildungsministeriums der Provinz Liaoning (LJKQZ2021153) sowie das Fachinnovationsteam der Technischen Universität Liaoning (LNTU20TD-12).

Hochschule für Bauingenieurwesen, Technische Universität Liaoning, Fuxin, 123000, Provinz Liaoning, China

Changbo Du, Ben Niu und Lidong Liang

Hochschule für Mechanik und Ingenieurwesen, Technische Universität Liaoning, Fuxin, 123000, Provinz Liaoning, China

Laigui Wang

Hochschule für Architektur und Verkehr, Technische Universität Liaoning, Fuxin, 123000, Provinz Liaoning, China

Fu Yi

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Konzeptualisierung, CD; Datenkuration, CD und BN; Formale Analyse, LW und FY; Untersuchung, LW und LL; Methodik, CD; Schreiben-Originalentwurf, BN; Schreibrezension und Bearbeitung, CD und BN Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Korrespondenz mit Ben Niu oder Fu Yi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Du, C., Niu, B., Wang, L. et al. Experimentelle Untersuchung einer angemessenen Maschenweite geogitterverstärkter Rückstände. Sci Rep 12, 10037 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-13980-x

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Eingegangen: 14. Oktober 2021

Angenommen: 31. Mai 2022

Veröffentlicht: 16. Juni 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-13980-x

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