聚丙烯纖維土強度特性試驗研究.pdf

1、纖維土是一種新型土工材料,具有抗剪、抗裂、抗沖蝕與抗震等優(yōu)點,常用于加固改良膨脹土地基,加筋路基邊坡與加筋擋墻等結(jié)構(gòu),是目前加筋土技術(shù)研究中的熱點。本論文從纖維加筋土的強度理論出發(fā),總結(jié)了纖維土力學(xué)特性的影響因素;以目前纖維長度與摻量對土體補強效果缺乏統(tǒng)一的認識為背景,開展了聚丙烯纖維長度與摻量兩種參數(shù)對粘性土峰值強度影響的三軸試驗研究,探索出了纖維長度與摻量對粘性土峰值抗剪強度特性的影響;纖維土工程完工后,在降雨、光照以及人工等因素的

2、作用下,不可避免的出現(xiàn)裂縫或者滑移,土體強度出現(xiàn)衰減,針對目前纖維土殘余強度特性研究成果未有報道的現(xiàn)狀,采用反復(fù)直剪試驗研究了聚丙烯纖維土的殘余強度特性,揭示了聚丙烯纖維對土體殘余強度的影響機制;并以公路路基邊坡為算例,根據(jù)強度試驗所得的參數(shù)開展了聚丙烯纖維加筋路基邊坡穩(wěn)定特性的數(shù)值模擬研究,其結(jié)果表明聚丙烯纖維土能顯著提高路基邊坡的穩(wěn)定性。通過本論文研究,其成果進一步完善了聚丙烯纖維土復(fù)合材料的強度特性,對聚丙烯纖維土力學(xué)特性與工程應(yīng)

3、用的進一步研究提供了重要的支撐。論文的具體工作與成果如下:
　　1.詳細闡述了纖維加筋土的強度理論,目前纖維強度理論大體可分為復(fù)合強度理論、準粘聚力理論與等效圍壓理論。
　　2.介紹了纖維對土體的補強機理,纖維土的補強機理分為“彎曲機理”和“交織機理”,兩者共同發(fā)揮作用,改善土體的物理力學(xué)特性。
　　3.通過總結(jié)現(xiàn)有的研究資料,分析了纖維土物理力學(xué)特性影響因素,影響因素主要包括纖維類別,纖維材本身物理力學(xué)特性,素土(填

4、料)的性質(zhì)以及施工(試驗)的具體條件與環(huán)境。
　　4.介紹了聚丙烯纖維的物理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì);總結(jié)了聚丙烯纖維在土木工程中的適用范圍與應(yīng)用領(lǐng)域。
　　5.通過土工基礎(chǔ)試驗得出了試驗中所用素粘土的物理參數(shù),粘性土比重為2.64;最大干密度為1.79g/cm3;最優(yōu)含水率為15.12％;液限為30.6％;塑限為17％;塑性指標為13.6。
　　6.通過三軸不固結(jié)不排水試驗研究了聚丙烯纖維摻量與長度對加筋粘土峰值強度的影響。

5、聚丙烯纖維長度分別為6mm、12mm與19mm,纖維摻量分別為0.1％、0.2％、0.3％和0.4％。試驗的結(jié)果表明:纖維的長度與摻量對粘土的內(nèi)摩擦角的影響不顯著,主要提高的是粘聚力,就力學(xué)性能改良而言,試驗粘土的最佳纖維摻量在0.2％-0.3％之間。
　　7.通過反復(fù)直接剪切試驗研究了聚丙烯纖維對粘土殘余強度特性的影響,采用聚丙烯纖維的長度為12mm,摻量為0.2％。試驗結(jié)果表明:試驗粘土中摻入聚丙烯纖維,提高了粘土的延性與屈服

6、強度,提高幅度隨著剪切次數(shù)的增加而逐漸變大,當殘余強度值達到穩(wěn)定時,400kPa垂直壓力作用下,相對于素粘土,纖維土試樣的屈服剪切位移與屈服剪應(yīng)力的增幅分別達到了19.81％與20.63％,提高了粘土的破壞韌性;聚丙烯纖維的摻入對殘余強度的內(nèi)摩擦角影響較小,而表現(xiàn)為粘聚力的增加,殘余粘聚力最終的增加幅度為162.31％。
　　8.根據(jù)極限平衡理論,采用GEO-Slope軟件開展了聚丙烯纖維加筋路基邊坡的穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究。試驗結(jié)果