聚丙烯纤维土强度特性试验研究
纤维土是一种新型土工材料,具有抗剪、抗裂、抗冲蚀与抗震等优点,常用于加固改良膨胀土地基,加筋路基边坡与加筋挡墙等结构,是目前加筋土技术研究中的热点。本论文从纤维加筋土的强度理论出发,总结了纤维土力学特性的影响因素;以目前纤维长度与掺量对土体补强效果缺乏统一的认识为背景,开展了聚丙烯纤维长度与掺量两种参数对粘性土峰值强度影响的三轴试验研究,探索出了纤维长度与掺量对粘性土峰值抗剪强度特性的影响;纤维土工程完工后,在降雨、光照以及人工等因素的作用下,不可避免的出现裂缝或者滑移,土体强度出现衰减,针对目前纤维土残余强度特性研究成果未有报道的现状,采用反复直剪试验研究了聚丙烯纤维土的残余强度特性,揭示了聚丙烯纤维对土体残余强度的影响机制;并以公路路基边坡为算例,根据强度试验所得的参数开展了聚丙烯纤维加筋路基边坡稳定特性的数值模拟研究,其结果表明聚丙烯纤维土能显著提高路基边坡的稳定性。通过本论文研究,其成果进一步完善了聚丙烯纤维土复合材料的强度特性,对聚丙烯纤维土力学特性与工程应用的进一步研究提供了重要的支撑。论文的具体工作与成果如下: 1.详细阐述了纤维加筋土的强度理论,目前纤维强度理论大体可分为复合强度理论、准粘聚力理论与等效围压理论。 2.介绍了纤维对土体的补强机理,纤维土的补强机理分为“弯曲机理”和“交织机理”,两者共同发挥作用,改善土体的物理力学特性。 3.通过总结现有的研究资料,分析了纤维土物理力学特性影响因素,影响因素主要包括纤维类别,纤维材本身物理力学特性,素土(填料)的性质以及施工(试验)的具体条件与环境。 4.介绍了聚丙烯纤维的物理、化学、力学性质;总结了聚丙烯纤维在土木工程中的适用范围与应用领域。 5.通过土工基础试验得出了试验中所用素粘土的物理参数,粘性土比重为2.64;最大干密度为1.79g/cm3;最优含水率为15.12％;液限为30.6％;塑限为17％;塑性指标为13.6。 6.通过三轴不固结不排水试验研究了聚丙烯纤维掺量与长度对加筋粘土峰值强度的影响。聚丙烯纤维长度分别为6mm、12mm与19mm,纤维掺量分别为0.1％、0.2％、0.3％和0.4％。试验的结果表明:纤维的长度与掺量对粘土的内摩擦角的影响不显著,主要提高的是粘聚力,就力学性能改良而言,试验粘土的最佳纤维掺量在0.2％-0.3％之间。 7.通过反复直接剪切试验研究了聚丙烯纤维对粘土残余强度特性的影响,采用聚丙烯纤维的长度为12mm,掺量为0.2％。试验结果表明:试验粘土中掺入聚丙烯纤维,提高了粘土的延性与屈服强度,提高幅度随着剪切次数的增加而逐渐变大,当残余强度值达到稳定时,400kPa垂直压力作用下,相对于素粘土,纤维土试样的屈服剪切位移与屈服剪应力的增幅分别达到了19.81％与20.63％,提高了粘土的破坏韧性;聚丙烯纤维的掺入对残余强度的内摩擦角影响较小,而表现为粘聚力的增加,残余粘聚力最终的增加幅度为162.31％。 8.根据极限平衡理论,采用GEO-Slope软件开展了聚丙烯纤维加筋路基边坡的稳定性数值模拟研究。试验结果表明,在公路通车初期,纤维加筋与未加筋路基边坡都处于安全稳定状态,安全系数分别为5.238与2.741;随着公路通车时间变长,路基排水固结,路基边坡土体强度衰减稳定后,经聚丙烯纤维加固改良的边坡仍处于安全稳定状态,但未加筋边坡会出现失稳破坏,安全系数分别为1.377与0.735。
地基工程;聚丙烯纤维土;强度试验
三峡大学
硕士
结构工程
程圣国;张国栋
2012
中文
TU449
97
2012-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）