纤维加筋非饱和黏性土的剪切强度特性

纤维加筋是近些年发展起来的一种土质改良技术,系统掌握纤维加筋土的力学性质对评价纤维加筋土工程的稳定性和进一步推广该技术在工程中的应用具有重要意义。为了了解纤维加筋的剪切强度特性,以非饱和黏性土为研究对象,以聚丙烯纤维为加筋材料,在控制含水率和干密度条件下开展了一系列直剪试验。借助扫描电镜,从微观的角度探讨了纤维的增强机理,并对相关宏观力学性质进行了分析。结果表明：纤维加筋能有效提高土体的抗剪强度,且抗剪强度随纤维掺量的增加而增加;相对于内摩擦角,纤维对黏聚力的增强效果要明显得多;纤维加筋土的抗剪强度随含水率的增加而减小,随干密度的增加而增加;总体上,低含水率和高密实度条件有利于发挥纤维的拉筋效果,提高纤维对强度的贡献。此外,纤维加筋在提高土体峰值剪切强度的同时,还能增加土体破坏时对应的应变及破坏后的残余强度,改善土体的破坏韧性。由扫描电镜分析可知,单根纤维一维拉筋作用和纤维网三维拉筋作用是纤维加筋土的主要增强机理,增强效果则取决于纤维-土界面力大小;剪切面上的纤维在剪切过程中呈现拔出和拉断两种失效模式。     

棕榈丝与麦秸秆丝加筋土无侧限抗压强度比较

为加深在加筋土领域的研究和解决土的强度降低问题,基于对上海及周边地区的实地考察,选择了区域存有量较大的两种筋材——棕榈和麦秸秆作为土体加筋材料。试验结果表明:(1)麦秸秆丝加筋土其无侧限抗压强度试验:适宜加筋率和加筋长度分别为0.8%和15 mm。在适宜的加筋条件下,麦秸秆加筋土的无侧限抗压强度与素土相比略有提高。(2)棕榈加筋土无侧限抗压强度试验:棕榈为纤维状,同样,以同量加筋率和加筋长度作为影响因素,在相同的试验条件和试件尺寸下,适宜加筋率为0.8%,适宜加筋长度为15 mm。与素土相比,棕榈纤维明显提高了土的无侧限抗压强度和抗变形性能。(3)无侧限抗压强度试验确定棕榈与麦秸秆都可以改良土的抗压强度以及抗变形性能,并且棕榈加筋土的抗压强度与抗变形能力与麦秸秆加筋土相比,强度提高更明显。棕榈加筋土的应力应变关系曲线表现为应变强化型,破坏时试件的整体性依然很好;麦秸秆的应力应变关系曲线为应变软化型,应力峰值过后,随着应变的增加,应力迅速减小。因此,棕榈与麦秸秆均适宜作上海地区粘土的加筋材料,并且棕榈加筋效果优于麦秸秆。     

棕榈纤维加筋土强度特性试验研究

通过无侧限抗压与直接剪切试验,研究了不同干密度与加筋率对棕榈纤维加筋土强度特性的影响。试验过程中,设置干密度为1.55 g/cm~3、1.6 g/cm~3、1.65 g/cm~3,加筋率为0、0.2%、0.4%、0.6%,在最优含水率下进行正交试验,并对其加固机理进行分析。结果表明:棕榈纤维可有效提高试样的无侧限抗压强度和抗剪强度。在含水率和干密度一定时,加筋黏土的抗压强度与抗剪强度随加筋率增大而增大;当加筋率超过最优加筋率0.4%时,试样的无侧限抗压强度反而随纤维含量的增加而降低。棕榈纤维与土颗粒通过摩擦力与黏聚力结合,在适宜加筋率下,纤维相互交织形成空间网状结构,增加了试样强度。随着加筋率持续增大,纤维在试样内部交织成团,纤维与土颗粒有效接触点降低,破坏了试样完整性,削弱了加筋效果。研究结果为棕榈纤维加固土体的理论研究与工程实践提供参考依据,以期减少土岩边坡滑坡、泥石流等地质灾害的发生。     

土工格栅加筋土三轴试验研究

通过三轴试验方法研究土工格栅加筋土的强度及变形破坏特性,探论了在不同加筋情况下,土工格栅加筋土强度影响因素及其变化规律,分析了素土和土工格栅加筋土的变形破坏形式及筋材在土体抗剪破坏过程中的变形机理.试验结果表明:(1)加筋后土体的强度和抵抗变形的能力明显增强.(2)在加筋层数一定的情况下,随着围压的增加加筋土强度明显增强,加筋效果显著增加.(3)在围压一定的情况下,随着加筋层数的增加加筋土强度增强,加筋效果显著增加.(4)对于强度加筋效果系数和规格化强度分析发现,在中围压下,加筋土加筋效果最合理最有效.(5)土工格栅加筋土应力应变关系采用固结围压作为归一化因子进行处理可得到一个统一的数学表达,即归一化公式,具有很好的归一化特性.本研究结果对于深入研究土工格栅加筋土加固机理和加筋土工程具有指导意义.     

麦秸秆形状对上海粘土强度影响的试验研究

麦秸秆按形状不同分为圆管状、1/2圆管状及纯茎节状,通过直剪试验和无侧限抗压强度试验比较了不同形状麦秸秆加筋土抗剪强度和无侧限抗压强度的变化规律。试验结果表明:①圆管状与1/2圆管状麦秸秆均可提高上海粘土的强度,直剪试验的最佳加筋率在0.2%~0.3%之间,无侧限抗压强度的最佳加筋率在0.1%~0.2%之间;②1/2圆管状麦秸秆的加筋效果优于圆管状麦秸秆,麦秸秆茎节在一定程度上会降低土体的强度;③无茎节麦秸秆加筋上海粘土可以显著提高素粘土的黏聚力,但对于内摩擦角影响较小。文章还阐述了不同形状麦秸秆加筋土强度变化的作用机理,可为麦秸秆加筋土合理形状的选择提供借鉴。     

不同土工合成材料下新型加筋土界面特性

土工合成材料对加筋土结构的界面直剪特性具有重要的影响。通过一系列大型直剪试验对不同筋材下的Sandwich型加筋土筋土界面的直剪特性进行研究,研究不同竖向应力下不同种类加筋材料对Sandwich型加筋土界面直剪特性的影响。试验结果表明:土工格栅的加筋效果最佳,两种格栅的加筋界面抗剪强度明显高于土工织物;随着竖向应力的增加,筋土界面抗剪强度提高。结合理论分析,对不同的土工格栅进行直剪试验,得出土工格栅横、纵肋对界面剪切强度的提高值分别为15.3%和4.1%。     

不同纤维掺量加筋土无侧限抗压强度分析

选用聚丙烯纤维为加筋材料,分别对红粘土、粉质粘土和砂土3种土体进行加筋,通过对不同纤维掺量的加筋土进行无侧限抗压强度试验,得到3种加筋土的无侧限抗压强度,并与各自素土的无侧限抗压强度进行比较,得到了一些有意义的结论。     

短切玄武岩纤维加筋膨胀土的试验研究

玄武岩纤维是一种新型的纯天然绿色纤维。本文将分散的玄武岩纤维丝掺入膨胀土中,研究玄武岩纤维加筋膨胀土的强度与变形特性。试验中,按纤维含量与干土质量比分别为0.0%,0.2%,0.4%和0.6%的比例配制试样。通过室内试验,研究表明:纤维的增加可抑制膨胀土的胀缩性;增加纤维含量,土的无侧限抗压强度和抗剪强度均有所增大,当纤维含量超过最优加筋量0.4%时,加筋膨胀土的无侧限抗压强度和抗剪强度反而会降低。因此,通过掺加玄武岩纤维增强材料,可以获得强度和韧性更高的纤维膨胀土,为膨胀土性质的改良提供一种可借鉴的方法。     

纤维加筋土的动力响应特性研究综述

随机离散纤维加筋是一种高效的土体改良技术,可显著提高土体在承受静、动荷载下的强度和变形特性。现有研究主要集中于纤维加筋土的静力力学特性,而纤维加筋土的动力响应特性未得到充分研究。纤维加筋土的动力响应特性对于工程构筑物在地震等动荷载下的稳定性具有重要意义。对现存的有关纤维加筋土动力响应特性的研究进行归纳、总结和评析,并基于此提出了有关纤维加筋土的动力响应特性未来研究方向的建议,以期为后续研究以及更好的将纤维加筋技术应用于工程实践作出贡献。     

聚丙烯纤维加筋砂土的剪胀特性

随机分布的聚丙烯纤维在土体中彼此交错形成网状,可显著提高砂土的抗剪强度,减少其峰值强度折减。描述土体剪胀规律的剪胀方程是建立纤维加筋土的本构模型的核心。以聚丙烯纤维加筋南京细砂为主要研究对象,通过不同围压下的常规三轴压缩试验,研究了不同纤维质量百分比含量对南京细砂强度、变形以及剪胀特性的影响。对比聚丙烯纤维加筋砂土与纯砂土的应力应变关系和强度特性,分解出聚丙烯纤维对砂土的内在约束应力。将外力克服剪胀阻力需要做的额外功分解为由土颗粒运动和纤维变形两部分所消耗的能量,利用纤维对土的内在约束应力表示与加筋纤维有关的耗散能,基于最小比能原理建立了聚丙烯纤维加筋砂土的剪胀方程,揭示了聚丙烯纤维加筋砂土的特殊剪胀特性。经过对比发现常规三轴压缩试验结果与模型结果具有良好的一致性。     

轮胎加筋土抗剪强度数值分析研究

为了更好地进行数值计算和预测加筋土的抗剪强度,分析了直剪试验数据,建立回归方程,为工程实践提供理论依据。首先利用弹塑性理论分析加筋土抗剪强度,探讨剪切机理。在比较了相关直剪试验数据处理方法后,针对笔者前期轮胎条加筋土直剪试验数据进行多元回归分析,并利用数值模拟方法将实测值与回归模型计算值做对比来检验多元回归模型的精确度。研究发现轮胎加筋材料的掺入可以增加土体破坏时的轴向应变和土体的抗拉能力,减小土的侧向变形,从而提高了黄土的抗剪强度。建立的回归模型计算结果与实测值较吻合,可以作为加筋土界面抗剪强度数值分析与计算依据。     

棕榈和麦秸秆加筋上海粘土的无侧限抗压强度研究

为改良上海粘土的强度和变形特性,分别采用棕榈和麦秸秆加筋上海粘土,以提高土的强度和抗变形性能。试验以质量加筋率和加筋长度作为影响因素,分析比较两种加筋土的无侧限抗压强度。试验结果为：①棕榈加筋土的无侧限抗压强度高于麦秸秆加筋土,两种加筋土均高于素土。②棕榈的适宜加筋条件为：质量加筋率1．0％,加筋长度的平均值15mm;四分之一圆管状麦秸秆的适宜加筋条件为：质量加筋率0．3％～O．4％,加筋长度15mlTl。③棕榈加筋土的应力应变曲线表现为应变强化型,麦秸秆加筋土的应力应变曲线表现为应变软化型。试验结果表明,棕榈与麦秸秆均适宜作上海地区粘土的加筋材料,并且棕榈加筋效果优于麦秸秆。     

加筋条件对棕榈加筋土强度的影响

为改良上海黏土强度低,易发生破坏的特性,将分散的棕榈片以不同质量加筋率、长宽比等加入上海黏土中进行抗压强度试验和巴西劈裂试验,来探究加筋条件对棕榈加筋土抗压强度和抗拉强度的影响。试验结果表明:与素土相比,棕榈加筋土可提高上海黏土的抗压强度和抗拉强度。抗压强度和抗拉强度最适宜的加筋率为1.00%,最佳棕榈长度为4 mm,最优长宽比为1∶3。相对于素土,加筋对抗拉强度的提高幅度高于抗压强度。同时对棕榈加筋土强度提高的机理进行分析。     

纤维加筋土工程性质国内外研究进展

纤维加筋是一种新型土壤性能改良技术,它是指将土体与纤维均匀地混合,以改善土壤的工程性能。本文凭借国内外学者在纤维加筋土技术、性能及应用方面研究经验,对纤维加筋土的强度特性、变形特性等工程特性及纤维加筋土技术的应用研究进行总结。阐述了近年来国内外纤维加筋土的研究进展,并基于现阶段纤维加筋土的理论及技术研究方面的不足,对今后该领域的研究重点和发展方向进行了展望。     

加筋红砂岩风化土强度和变形特性

红砂岩风化土是湖南公路路堤工程中应用较多的填筑材料,采用直剪试验研究了不同压实度的红砂岩风化土的强度和变形特性,以及加筋对其工程性质的影响。试验表明,随压实度增大,红砂岩风化土的峰值抗剪强度明显提高,但主要由粘聚力的增大引起,随剪切位移增大,粘聚力减小,抗剪强度大幅度降低,其应力–应变曲线呈现随应变软化型。加筋提高了红砂岩风化土的峰值抗剪强度和残余强度,更重要的是明显减小了峰值后强度的降低幅度,且达到峰值抗剪强度的剪切位移增大,峰值区域增宽,土体延性提高,改善了红砂岩风化土的强度和变形特性;对于不同的加筋层数和不同的筋材模量,以及在不同的压实度和试验竖向压力下,加筋对红砂岩风化土的强度和变形特性的改变不同;根据试验结果,还对红砂岩风化土的工程性质以及加筋的抗剪作用机理进行了初步探讨,阐述了加筋材料在土的应力–应变关系中的主要功能和作用。     

非柔性加筋材料加筋土的强度特性分析

通常的加筋土所用的筋材一般为柔性材料 ,仅考虑筋的抗拉强度 ,加筋后土体强度的提高表现为粘聚力有很大的提高 ,而内摩擦角几乎不变 ;而特殊的一些加筋工程 ,所用的筋为非柔性材料 ,其特点是具有抗拉、抗剪和抗弯强度 ,根据非柔性材料的以上特点 ,通过建立复合体单元受力破坏模式 ,将加筋土体的破坏分为摩擦型破坏和拉断型破坏 ,分析了轴对称三轴试验条件下非柔性加筋材料加筋土的强度特性 ,通过静力平衡条件 ,得出大小主应力之间关系 ,该式表明 ,非柔性材料加筋后土体的粘聚力和内摩擦角均增大许多 .结果对有关加筋土工程的合理设计计算有参考价值     

含砂量对聚丙烯纤维加筋黏性土强度影响的研究

为研究含砂量对聚丙烯纤维土加筋黏性土强度的影响及其机制,将2%,4%,6%,8%和10%素土重的砂分别与聚丙烯纤维加筋黏性土混合均匀,共配制7组土样,进行无侧限抗压强度试验和直剪试验.运用扫描电镜(SEM),观察和分析纤维在土样中的形态特征.试验结果表明,黏性土中的含砂量对纤维加筋土的强度有重要影响.在砂与纤维表面的摩擦力和黏土颗粒对纤维的黏结作用下,纤维土的无侧限抗压强度和黏聚力随含砂量的增加先增加后减少,纤维土的内摩擦角大小与掺砂量成正比.在掺砂量为4%时,纤维的加筋作用得到最大发挥,此时土样的无侧限抗压强度达到最大值.此外,在黏土中砂的碰撞或挤压作用下,纤维的形状发生改变,从而增加纤维的粗糙度,加强界面之间的力学作用.     

基于单根纤维拉拔试验的波形纤维加筋土界面强度研究

纤维/土界面间的力学作用特性是决定纤维加筋土工程性质的关键因素。为了改善纤维/土界面作用力,开发了一种新型的波形纤维作为加筋材料,并自主设计了一套拉拔试验装置,对单根纤维加筋土开展了多组拉拔试验,定量获得了波形纤维加筋土的拉拔特性及界面剪切强度,通过与传统直线形纤维对比,分析了波形纤维/土界面的力学作用机理,并从理论上探讨了波形纤维的最大临界加筋长度。结果表明：提出的单根纤维拉拔试验方法及设计的试验装置为研究纤维/土界面力学作用提供了有效的途径,试验结果具有较好的可重复性;直线形纤维的拉拔曲线呈典型的单峰特征,拉力达到峰值后迅速减小到残余值并逐渐趋于稳定,而波形纤维的拉拔曲线呈显著的多峰特征,曲线波长与纤维的波长基本一致;通过对比,波形纤维/土界面剪切强度明显高于直线形纤维,强度值提高了178%,极大改善了纤维的加筋效果,此外,波形纤维拉拔曲线各峰值对应的界面剪切强度及残余剪切强度随拉拔位移呈指数递减趋势;利用测得的纤维/土界面剪切强度,结合纤维自身的抗拉强度和一些假设条件,能确定纤维的最大临界加筋长度,对实际工程设计有一定参考意义。     

纤维加筋土工程性能研究

纤维加筋土可以克服传统加筋土中存在软弱结构面的缺点,土和纤维混合,形成近似均质体的复合材料。研究结果显示,纤维加筋可以提高土体的强度,增加土体的延性,改善土体的工程性能。根据近些年国内外研究资料,分析了纤维加筋土的研究现状和研究成果,包括纤维的类型、土体的种类、研究的指标和研究的手段,并从工程应用的角度,提出了纤维加筋土下一步的研究目标,为后续的研究工作提供参考。     

剑麻纤维加固黏土抗压强度与变形规律研究

剑麻纤维作为一种常见的天然纤维,因其具有强度高、价格低廉等优点,常被应用到土体改良当中。本文通过对剑麻纤维改良土进行无侧限抗压强度试验,研究了加筋率与含水率对加筋黏土的抗压强度特性与变形破坏规律的影响。试验结果表明:剑麻纤维对于黏土抗压强度有显著的增强作用,随加筋率的升高,改良土体的抗压强度逐渐增大。均匀分布在土颗粒间的剑麻纤维,能够形成空间网状结构,土颗粒与剑麻纤维相互连接缠绕,增加了土体间的连接力,使得加筋土的强度增大,且剑麻纤维能够起到一定的限制变形作用,从而试样的破坏形式由脆性破坏逐渐转变为塑性破坏。