玄武岩与玉米秸秆纤维加筋土力学性能及其在边坡中的应用研究

发布时间：2017-04-11 00:41

  本文关键词：玄武岩与玉米秸秆纤维加筋土力学性能及其在边坡中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：北京地区粉土具有级配不良,粘性差,塑性指数低,难压实,水稳定性差等特点,单独用该土填筑路基时会引发坡面冲蚀、渗透破坏、过大变形等路基病害。为改善上述情况,本文结合京台高速某路段的路基土,采用玄武岩纤维和玉米秸秆纤维对此种粉土进行性质改良。通过对纤维基本物理力学性质测试和对纤维加筋土的三轴抗剪强度试验,对纤维掺量、长度、围压对土体强度、应力应变特性的影响进行了研究。之后在试验结果的基础之上,采用Geo-Studio进行纤维土路基边坡的数值建模,并利用软件中的耦合分析探讨了考虑降雨情况下的边坡稳定性分析。本文主要研究成果可以概括如下:(1)经过玄武岩纤维改良后的粉土在抗剪强度,压缩性能以及渗透性能等方面均得到了提高,在相同纤维长度情况下,各方面性能增强在4‰纤维掺量内呈衰减式增长;在相同掺量的情况下,对于抗剪强度和压缩性能3cm纤维最佳,对于渗透性能2cm纤维最佳。(2)玄武岩纤维对粉土强度的提高主要体现在黏聚力方面;应力应变关系曲线在低围压下呈应变软化关系,在高围压下呈应变硬化关系,对应变软化与应变硬化曲线分别采用了相应模型进行拟合,二者结合可描述玄武岩纤维土应力-应变关系,且效果良好。(3)为验证玉米秸秆纤维在粉土路基填筑中的可行性,对三种防腐溶液进行了比选,其中聚乙烯醇的防腐效果最好,并在浸泡三天后达到饱和。玉米秸秆加筋粉土对粘聚力的增幅为素土试样的100%,其应力-应变曲线为应变-硬化有别于素土的应变软化,三轴剪切破坏形态较为完整,有别于素土的斜截面破坏。(4)玉米秸秆纤维土的三轴试验得到最佳掺入比为2%,最佳纤维长度为2cm。冻融循环下的三因素正交三轴试验结果显示玉纤土可以在循环次数增加的情况下把强度稳定在一个值,且强度的变化受到的因素影响由大到小分别为纤维掺量、循环周期、冻结温度;冻融循环次数的增加可以使素土和低掺量玉纤土由应变-软化转变为应变-硬化趋势。高掺量的玉纤土在各个循环周期下应力-应变曲线呈相似趋势,峰值应力随循环周期增加而减小,且在高围压下这种现象更明显。(5)数值模拟的结果表明两种纤维可以对路基边坡进行有效的加固,且在降雨影响下的稳定性优于工程改良方案;针对玄武岩纤维土边坡在不同雨况下的破坏形式分析发现存在小范围的潜在的危险滑动面,且降雨过程中坡体内不同位置孔隙水压表现为随高度和距离的增加而减小的趋势,安全系数随降雨时间的变化曲线可用指数函数进行拟合,且三种雨况下的拟合均效果良好。
【关键词】：粉土 玄武岩纤维 玉米秸秆纤维 三轴试验 边坡稳定性 降雨入渗
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.14
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 纤维土国内外研究现状10-13
• 1.2.2 边坡稳定性研究国内外研究现状13-16
• 1.3 本文研究内容及方法16-17
• 第二章 玄武岩纤维土物理力学性质试验研究17-26
• 2.1 试验材料、方法及试样制备17-19
• 2.1.1 试验用土17-18
• 2.1.2 玄武岩纤维18-19
• 2.2 试验方案19-20
• 2.3 抗剪强度试验20-22
• 2.3.1 纤维长度与抗剪强度的关系20
• 2.3.2 纤维掺量与抗剪强度的关系20-21
• 2.3.3 压实度对抗剪强度指标的影响21-22
• 2.4 压缩性能试验22-23
• 2.4.1 纤维长度对压缩性能的影响22
• 2.4.2 纤维掺量对压缩性能的影响22-23
• 2.4.3 压实度对压缩系数的影响23
• 2.5 渗透性能试验23-25
• 2.5.1 纤维长度对渗透性的影响23-24
• 2.5.2 纤维掺量对渗透性的而影响24-25
• 2.5.3 压实度对渗透系数的影响25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 玄武岩纤维土三轴试验研究26-37
• 3.1 试验材料26
• 3.2 试验方法及方案26-27
• 3.3 黏聚力影响27-29
• 3.3.1 纤维掺量对黏聚力的影响27
• 3.3.2 纤维长度对黏聚力的影响27-28
• 3.3.3 纤维掺量与长度对黏聚力的影响28-29
• 3.4 内摩擦角29-30
• 3.4.1 纤维掺量对内摩擦角的影响29
• 3.4.2 纤维长度对内摩擦角的影响29-30
• 3.4.3 纤维掺量与长度对内摩擦角的影响30
• 3.5 模型验证30
• 3.6 应力-应变关系研究30-33
• 3.6.1 围压对玄纤土应力-应变关系影响30-31
• 3.6.2 纤维掺量对玄纤土应力-应变关系影响31-32
• 3.6.3 纤维长度对玄纤土应力-应变关系影响32-33
• 3.7 应力应变关系曲线描33-36
• 3.7.1 低围压下应力-应变关系曲线描述33-35
• 3.7.2 高围压下应力-应变关系曲线描述35-36
• 3.8 本章小结36-37
• 第四章 玉米秸秆纤维土的选用及其防腐性能研究37-45
• 4.1 试验材料37
• 4.1.1 试验用土37
• 4.1.2 玉米秸秆纤维37
• 4.2 玉米秸秆皮力学性能研究37-39
• 4.3 玉米秸秆的防腐性能研究39-44
• 4.3.1 天然玉米秸秆的防腐性39-41
• 4.3.2 秸秆防腐剂的比选41-42
• 4.3.3 聚乙烯醇对秸秆的防腐分析42-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 玉米秸秆纤维土三轴试验研究45-60
• 5.1 试验材料45
• 5.2 试验方法45
• 5.3 抗剪强度分析45-47
• 5.4 应力应变关系分析47-50
• 5.4.1 纤维掺量的影响48-49
• 5.4.2 纤维长度的影响49-50
• 5.5 破坏形态分析50-51
• 5.6 冻融循环作用下三轴试验51-58
• 5.6.1 试验设计51-52
• 5.6.2 三轴强度分析52-54
• 5.6.3 应力应变关系分析54-56
• 5.6.4 强度结果方差分析56-58
• 5.7 本章小结58-60
• 第六章 玄纤土和玉纤土边坡模拟研究60-73
• 6.1 边坡模拟背景60-61
• 6.2 非饱和土理论61
• 6.3 参数的确定61-63
• 6.3.1 土水特征曲线的确定61-62
• 6.3.2 非饱和土渗透系数的确定62-63
• 6.4 模型建立63
• 6.5 改良效果分析63-67
• 6.5.1 渗流效果分析63-66
• 6.5.2 边坡稳定性分析66-67
• 6.6 不同降雨条件下的边坡模拟67-71
• 6.6.1 模拟降雨条件67
• 6.6.2 不同雨况下的滑动面分析67-68
• 6.6.3 不同雨况下的孔隙水压力分析68-70
• 6.6.4 不同雨况强度下的安全系数分析70-71
• 6.7 本章小结71-73
• 第七章 结论与展望73-75
• 7.1 结论73-74
• 7.2 展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80

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