棉纤维加筋土的强度及变形特性试验研究

发布时间：2020-11-06 01:30

　　纤维加筋土是在土中掺加抗拉强度高的纤维材料形成的一种人工复合土。纤维在土中分布方向的随机性使得纤维加筋能够控制土体在各个方向上可能出现的变形,而传统加筋土的筋材大都定向排列,通常只能控制侧向变形。纤维的使用能够替代或最小化使用传统水泥等固化剂。轻质、柔韧、高强的纤维材料在地震中也具备优异性能。纤维加筋土表现出的优越性,受到众多学者的青睐,普遍认为其在地基基础、边坡加固等工程中具有应用前景,能够成为一种优质的土体改良技术。纤维加筋土成为了岩土工程领域研究的热点问题之一。通过开展一系列无侧限抗压试验和三轴压缩试验,系统研究了加筋量、加筋长度、分布方式、围压等对纤维加筋土强度的影响及纤维加筋土的应力应变关系、变形模量、孔压系数、黏聚力、内摩擦角等基本性质。同时,分析了纤维对荷载作用下剪切裂缝发展的影响,并基于纤维在土中的分布方式,分析研究了纤维加筋土的增强机理。得到以下主要成果:(1)棉纤维加筋土的有效加筋量为0~1.5%,存在最优的加筋量1.0%和最优的加筋长度(临界长度)D/2(D为试样直径)。(2)饱和棉纤维加筋土的应力应变特性表现为应变硬化型。应力应变关系曲线呈非线性,试样发生塑性破坏。大应变时,纤维加筋作用更显著。(3)最优加筋条件下,纤维加筋土的无侧限抗压强度与素土比较,纤维随机分布时提高了24.8%,成层十字交叉分布时基本相同,成层单向分布时降低了15.1%。纤维在土中的分布形式对加筋土的强度有重要影响,通过合理方式控制纤维在土体中的分布,使其和土中拉应力方向一致时可以更加有效地控制土体的径向变形,抑制荷载作用下土体裂缝的发展,提高土体的强度。(4)纤维随机分布加筋土的平均变形模量随加筋量和加筋长度的增加先增大后减小,棉纤维加筋土的平均变形模量的范围是0.56 MPa~1.26 MPa。(5)UU试验条件下,最优加筋条件的饱和棉纤维加筋土的不固结不排水抗剪强度较素土提高了63.5%。CU试验条件下,饱和棉纤维加筋土的黏聚力随加筋量和加筋长度的增加呈先增大后减小的趋势,最优加筋条件的纤维加筋土的总黏聚力和有效黏聚力分别较素土提高了48.4%和112.3%。不同加筋条件的纤维加筋土的内摩擦角基本相同。(6)CU试验条件下,饱和棉纤维加筋土的孔隙水压力随轴向应变的增加先增大后缓慢下降或保持不变,随偏差应力的增大先增大后趋于稳定。孔隙水压力与偏差应力呈非线性关系,最优加筋条件的击实棉纤维加筋土的孔压系数A介于0.35~0.46。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU41
【部分图文】：

无侧限抗压

图1-1 试验用棉纤维Fig. 1-1 synthetic cotton fiber表1-1 棉纤维的物理力学性质e1-1 Physical and mechanical parameters of synthetic cotto直径D/mm 伸长率/% 抗拉强度/MPa 0.8 37.0 8.2 表1-2 陕西杨凌地区黄土的物理性质able 1-2 Physical properties of Yangling loess in Shaanxi a天然含水率w/%塑限wp/%液限wL/%塑性指数Ip 19.1 19.4 34.9 15.5 为江苏永昌科教仪器制造有限公司生产的YSH-2。如图1-2所示。

棉纤维,无侧限抗压

图1-1 试验用棉纤维Fig. 1-1 synthetic cotton fiber表1-1 棉纤维的物理力学性质Table1-1 Physical and mechanical parameters of synthetic cotton fiber密度ρ/g·cm-3直径D/mm 伸长率/% 抗拉强度/MPa 弹性模量/MPa1.54 0.8 37.0 8.2 40.0表1-2 陕西杨凌地区黄土的物理性质Table 1-2 Physical properties of Yangling loess in Shaanxi area天然密度ρ/g·cm-3比重Gs天然含水率w/%塑限wp/%液限wL/%塑性指数Ip液性指数IL孔隙比e1.69 2.72 19.1 19.4 34.9 15.5 -0.02 0.921.6 试验仪器无侧限抗压仪为江苏永昌科教仪器制造有限公司生产的YSH-2型，所用量力环系数为21.104 N/0.01mm。如图1-2所示。图1-2 YSH-2型无侧限抗压仪Fig. 1-2 YSH-2 unconfined pressure apparatus8

三轴压缩仪,环系