这种墙看起来很普通，但背后根本不是你想象的样子 科学DIY

 

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加筋土

材料和操作

一些沙子

纸张或者布料

一个杯子

先揭晓谜题。高速公路，铁路附近的这些美貌（相对于它们要掩藏，的东西而言）的砖块后面是沙土。

玩过泥巴的小朋友都知道，沙土堆成的塔一碰就碎，很不牢固。在机场这些地方用沙土建墙，难道是豆腐渣工程？

其实，这并不是豆腐渣工程，而是建筑学家和工程师为了省钱省空间，同时提高泥土强度而想出出来的窍门。

原来，这些沙土之间还水平，填埋着一层层其他物质。利用这个小技巧，你甚至可以建造出不会被汽车，压垮的沙雕游戏！来看看怎么玩吧。

你可以尝试把沙子倒入，一个杯子里，然后倒扣着把杯子拿走。接着尝试用重物，放在沙雕上面，看看沙雕能承受多大的力。现在，再做一个沙雕。不过这次，每铺一层1-2厘米左右厚的沙子，就放一块纸，或者一层布在上面，然后继续铺沙子。

倒扣着把杯子拿走，然后再试一试，这样的沙雕能承受多大，的力呢？用玻璃钢网夹在沙雕，里的话，就可以让这个边长20，厘米的立方体沙雕承受270千克的重量——

神奇吧，在沙子里铺了几层，纸或布以后，沙雕居然能承受更大的，力了。纸本身也容易弯折啊，为什么和沙雕合体后，就变得更强了呢，这是怎么回事呢？

要了解加了沙雕和纸头合体后变得更强的原理，就要从剪应力说起了。

我们用一个斜角压沙雕，的时候，这个力可以被分解为，两部分：垂直于沙雕面的正向力，也就是法向应力，还有平行于沙雕面的剪应力。用剪刀剪纸张时，纸张就是因为，剪应力而剪开。

剪应力fs和法向应力fn

我们知道，如果我们施加的剪应力不够大，沙雕是能挺住的，这是因为泥土有一定的剪切强度，也就是对抗剪应力的强度。

而泥土的剪切，强度取决于3个参数：粘聚力安息角，以及法向应力的大小。它们和剪切强度的关系是这样的——

粘聚力很容易理解，沙子属于无粘性土，也就是粘聚力为零，粘土属于粘性土，粘聚力比较大。

安息角又是什么东西？要让沙雕不崩坏，就要增加它的剪切强度，所以就要对这里面的，3个参数下手。这时候，就需要把沙雕做成夹层，的了。

夹了一层层水平材料的沙雕叫做加筋土（Geosynthetic Reinforced Soil Mass，GRS）。实际上，加筋土增加了沙土的粘，聚力和围压。

围压是什么呢？

我们刚刚说，把沙子倒在水平的桌面上，形成的底角是。但是如果把沙子，填到一个洞里，不管洞是什么形状，它都不会散开。这是因为洞的四周提供了围压，就像把沙雕装，在杯子里一样。

增加的夹层的张力，为沙雕增加了围压，相当于把沙雕装入了一个无形，的杯子里，使其不再受到安息角的限制。

所以，通过添加夹心材料的方式，就可以把软趴趴的沙雕变成，坚固的城墙了。预算降低达成！

你可以想象，那些需要大量建筑材料的，地方，比如高速公路桥梁的桥台防波堤通常用的都是，加筋土。当然，加筋土沙雕如果不包起来，可能会吓到普通市民，也不好看嘛。它们就是你在高速公路，机场等地看到的巨长的有，奇怪砖头的墙面——护土墙了。

全世界的许多高速铁路的地基，也是用加筋土沙雕造的，因为高速铁路的铁轨对基质的，变形非常敏感。

来看看法国高铁TGV下面采用的加筋土和护土墙——加筋土的技术实际上有很，长的历史，古人就常常用(常常用)树枝什么，的为泥土加筋。长城的西段，还有中东地区苏美尔人造的金字形(金字形)，神塔用的也是加筋土。但是，现代意义上的加筋土是，法国工程师 Henri Vidal 在20世纪60年代发明的，他采用了钢铁片为，泥土加筋。到了80年代，加筋土在许多工程中得到，了广泛应用。

加固材料通常是水平，放置的钢铁片钢筋网等物质。现在也出现了高分子材料，的拉筋。





加筋土采用的拉筋，以及施工过程

@ace geosynthetics

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