【摘要】：纖維加筋土是一種復(fù)合土,將纖維和土兩者按照比例進(jìn)行均勻混合,使其物理力學(xué)性質(zhì)得到提升。我國(guó)西部處于季節(jié)性凍土地區(qū),凍融循環(huán)作用對(duì)建筑物的穩(wěn)定形成威脅,將影響工程的正常使用和安全運(yùn)行。本文以西安黃土為研究對(duì)象,將聚丙烯纖維作為加筋材料對(duì)黃土進(jìn)行改良,通過室內(nèi)試驗(yàn)探究纖維摻入比、纖維長(zhǎng)度、凍融循環(huán)次數(shù)等因素對(duì)纖維黃土強(qiáng)度及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的影響,對(duì)西部季節(jié)性凍土地區(qū)實(shí)際工程建設(shè)具有一定理論指導(dǎo)意義。對(duì)不同纖維摻入比(0%、0.2%、0.4%、0.6%)、不同纖維長(zhǎng)度(6mm、9mm、12mm)的纖維黃土在凍融循環(huán)0次、1次、3次、6次之后,進(jìn)行常規(guī)三軸剪切、直接剪切和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度等室內(nèi)試驗(yàn),研究不同因素下纖維黃土經(jīng)歷凍融循環(huán)作用之后的力學(xué)、強(qiáng)度特性以及變形規(guī)律。得到以下結(jié)論:(1)在固結(jié)排水三軸剪切試驗(yàn)中,在經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)之后,隨著圍壓的增大廣義剪應(yīng)力也是增大的,應(yīng)力應(yīng)變曲線為硬化型;在纖維摻入比為0.6%、纖維長(zhǎng)度為9mm時(shí),加筋效果最優(yōu);經(jīng)歷凍融循環(huán)之后,纖維黃土的粘聚力出現(xiàn)下降,而內(nèi)摩擦角呈增大趨勢(shì)。在各因素下纖維黃土的加筋效果系數(shù)值都大于1,表明纖維使土體的強(qiáng)度得到提升并且約束了變形。(2)通過直接剪切試驗(yàn),在經(jīng)歷不同的凍融循環(huán)次數(shù)之后,在纖維摻入比0.6%、纖維長(zhǎng)度9mm時(shí),抗剪強(qiáng)度、粘聚力最大,內(nèi)摩擦角規(guī)律不明顯。隨著含水量(15%、18%、21%)的增加抗剪強(qiáng)度參數(shù)減小;隨著凍融次數(shù)的增加粘聚力出現(xiàn)降低而內(nèi)摩擦角出現(xiàn)小幅度增長(zhǎng),但是幅度較小。(3)結(jié)合無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),通過素黃土和纖維黃土對(duì)比發(fā)現(xiàn),在經(jīng)歷凍融循環(huán)作用之后,纖維黃土的強(qiáng)度和變形要優(yōu)于素黃土,說明纖維可以抵御凍融循環(huán)作用和變形,其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線呈現(xiàn)軟化型,在纖維摻入比為0.4%、纖維長(zhǎng)度為9mm時(shí)抗壓強(qiáng)度值最大。(4)基于常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)得到的結(jié)果,整理得到鄧肯-張模型的具體參數(shù),研究參數(shù)隨著纖維摻入比和凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律,結(jié)果表明K、n、G、F、Kb、m變化規(guī)律明顯。建立凍融循環(huán)作用下鄧肯-張模型參數(shù)的變形趨勢(shì)模型,進(jìn)一步證實(shí)纖維提升了黃土的強(qiáng)度和整體變形穩(wěn)定性,得到擬合方程為數(shù)值模擬提供理論支持。
【圖文】：

(a) 彎曲機(jī)理 (b) 交織機(jī)理圖 1-1 纖維與土顆粒的作用方式Fig. 1-1 The Mode of action of the fibers and soil particles纖維對(duì)土體的補(bǔ)強(qiáng)受纖維和土顆粒之間的摩擦力和形成的纖維網(wǎng)絡(luò)同時(shí)作用，摩擦粘聚力使得纖維在土體中均勻分布，之后形成有效的空間網(wǎng)絡(luò)來(lái)約束土顆粒的變形移。纖維的彈性模量要大于土的彈性模量，就會(huì)使得纖維土在相同的變形條件下，抗度、抗壓強(qiáng)度、抗液化能力得到提升。 凍融循環(huán)研究現(xiàn)狀凍融循環(huán)研究的重點(diǎn)在水分和鹽分的遷移規(guī)律以及在土體的凍脹和鹽脹的理論方面。試驗(yàn)儀器和研究的理論知識(shí)都相對(duì)完善和成熟，同時(shí)也取得了豐富的實(shí)踐數(shù)據(jù)和理果，但是難以形成統(tǒng)一，究其原因是因?yàn)橥临|(zhì)的差異和試驗(yàn)方法的不同，這是導(dǎo)致試果差異的主要因素。土體凍脹和融沉現(xiàn)象受溫度的變化所致，這時(shí)土體的內(nèi)部水分場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)發(fā)化，由于三場(chǎng)耦合將會(huì)相互產(chǎn)生影響，這樣就會(huì)造成路基或地基產(chǎn)生破壞。[61]

計(jì)算出每個(gè)三軸試樣所需用土量，將所需用土量 5 等分后使用特制壓樣模具分 5 層進(jìn)行壓實(shí)，并在每層壓實(shí)之后將土面刨毛，以便層與層之間接觸更加密實(shí)，保證壓出來(lái)的試樣均勻、完整；在制作直剪試樣時(shí)，將計(jì)算好的用土量一次性放入特制的壓樣模具中，使用千斤頂擠壓一次成型。同時(shí)要確保試驗(yàn)的干密度誤差在 0.02 g/cm3之內(nèi)。本文中使用的纖維為聚丙烯，它是一種高分子化合物，是丙烯通過聚合物形成的，其質(zhì)量在同類產(chǎn)品中是最輕的，而且這種纖維很常見，顏色呈雪白狀且質(zhì)地軟滑，密度極輕，形狀呈長(zhǎng)條狀。聚丙烯纖維具備很多優(yōu)點(diǎn)：耐熱性性能良好，，熔點(diǎn)可以達(dá)到 165℃，并且具有良好的絕緣性，屬于非極性物質(zhì)；同時(shí)吸水性小，屬于無(wú)毒、無(wú)味的環(huán)保材料；并且價(jià)格低廉，抗拉強(qiáng)度極高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿性和耐腐蝕性較強(qiáng)，不與其他化合物發(fā)生反應(yīng)，可以很好的和其他外摻劑混合。其主要物理力學(xué)參數(shù)如下表 2-2 所示。表 2-2 聚丙烯纖維物理力學(xué)參數(shù)Table 2-2 Physical and mechanical parameters of polypropylene fibers類型 密度/g/cm3直徑/μm 熔點(diǎn)/℃ 彈性模量/MPa 抗拉強(qiáng)度/MPa 耐酸耐堿性 分散性束狀單絲 0.91 18~48 165 >480 >486 較高 極好三種長(zhǎng)度的纖維如下圖所示：
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU444

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本文編號(hào)：2589664