不连续再生纤维包裹体加固砂质粉土的特性--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

不连续再生纤维包裹体加固砂质粉土的特性

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：潘添

[导读] 摘要：通过室内压实试验和三轴压缩试验，对随机取向再生地毯纤维加固砂质粉土的压实特性和荷载变形响应进行了研究。

        广州大学广东广州 510006
        摘要：通过室内压实试验和三轴压缩试验，对随机取向再生地毯纤维加固砂质粉土的压实特性和荷载变形响应进行了研究。离散的、随机分布的纤维包裹体显著提高了砂土的峰值抗剪强度，降低了峰值后强度损失，增加了轴向应变至破坏，在某些情况下，还改变了砂土的应力-应变行为，由应变软化变为应变硬化。纤维夹杂物也阻碍了压实过程，随着纤维含量的增加，纤维增强试样的最大干密度降低。使用中饱和度相关的强度损失明显减少了纤维增强。建议大量再生废纤维可作为一种增值产品，提高土体的抗剪强度和荷载变形响应。
        关键词：纤维包裹体；加固；粉土
        0引言
        土工加固已被证明是提高堤防、挡土墙和浅基础抗剪强度的一种实用技术。加固的一种方法是使用机织或非织造布或网格层与压实填充，以提高抗拉强度。另一种不太常用的加固方法是利用随机取向的拉伸夹杂物。这些包裹体由天然或合成材料组成，通常很短。使用随机取向纤维的一个优势是保护强度各向同性和没有可以开发面向平行于面料的弱点。之前的研究表明,人造纤维组成的玻璃、钢铁、铜、和有原纤维的聚丙烯以及天然纤维如芦苇纸浆增加砂和粘土的抗剪强度。在本研究中，采用随机定向回收地毯和服装纤维加固砂质淤泥进行了研究。讨论了纤维对材料的湿-密关系和载荷-变形响应的影响。
        1研究现状
        大量的研究对定向排列的纤维和随机定向离散纤维加固土壤进行了研究。这一领域的大部分工作都集中在用人造纤维和天然纤维加固的土壤上，纤维含量在土壤干重的0-1%之间。然而，最近用人造和天然纤维在较高纤维浓度(1%至5%)下进行了土壤加固。长袍等人将随机分布离散纤维的加固土分为两类:理想的不可扩展和理想的可扩展夹杂物。理想情况下，不可扩展的包裹体包括高模量的金属条或棒，其破裂应变大于单独的土壤。理想的可扩展包裹体包括低模量天然纤维和合成纤维，其特征是其破裂应变小于或可与单独的土壤相媲美。Lee等报道了用木柴刨花加固的砂的抗剪强度和刚度增加。Andersland和Khattak观察到纸浆纤维增强的高岭土刚度和不排水剪切强度增加。Gray和Ohashi表明，低模量包裹体的特征是理想的可扩展包裹体，在剪切过程中不破裂，而是在“临界围压应力”以下的围压应力下滑移并在其上方拉伸。他们还报告了使用纤维增强后峰强度显著增加和峰后强度损失的减少。Gray和Al-Refai比较了定向布层和随机分布离散纤维加固砂的三轴压缩试验结果。两种包含类型均使峰后强度增加，峰后强度降低。然而，织物层在小应变下的刚度较低，而纤维在所有应变水平上的刚度都有所增加。Consoli等也报道了峰值强度的增加，然而无论是胶结土还是胶结土，其刚度均呈下降趋势。
        2实验步骤
        纤维和土壤的均匀分布是通过一致的混合程序实现的。在混合之前，交替层的纤维和土壤被放置在混合锅中。每个混合物由大约2500克(5.5磅)的沙质淤泥和相应比例的废纤维重量组成，这取决于土壤的干重和所需的纤维用量。将土壤和纤维放置在快速间歇式搅拌机中，缓慢加入预定数量的水，以促进搅拌过程，并提供所需含水量的土壤-纤维混合物。样品从混合器中取出后，继续手工混合，直到通过目测确定纤维在整个土壤中的均匀分布。将土壤纤维混合物水合24小时。为了准备压缩试验的样本，计算出的土壤和纤维的质量被放置在一个7.11厘米(2.8英寸)直径、14.2厘米(5.6英寸)长的带溢流环的金属开模中。用静态加载机对试件进行液压压缩。静载荷只适用于将试样压缩到模具高度所需的时间长度。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

这个时间周期很短，通常小于1分钟。由于模具在压缩过程中膨胀，试样在去除静态压缩载荷后发生回弹，因此得到的试样直径和长度略大于模具的直径和长度。通过调整用于计算样品体积的样品质量，使每个样品的密度保持不变。干密度和含水量分别保持在15.625 kN/m3 (100 lb/ft3)和19%。虽然每个试件的整体密度为15.625 kN/m3(100 lb/ft3)，但由于静载应用方法固有的不均匀性，导致试件密度不均匀。试验方法标本包覆于乳胶膜和pl中。
        3纤维包裹体对土壤体重的影响
        标本被包裹在乳胶膜中，放置在三轴细胞与滤纸和多孔石之间的标本和平台，标本用干燥的水封闭起来。此外，在浸渍试验中，在试样顶部施加10.16cm(4in.)的汞真空，从试样底部到顶部施加5-10cm(2.0-3.9in.)的水力梯度。试件吸水48h，本试验进行的三轴压缩试验为固结不排水三轴试验。对试件进行固结，不排水试验;但试件在试验前未达到饱和状态。在本文中，这些试样被称为压实试样。还进行了三轴压缩试验，以模拟在役饱和度。在这些浸水试验中，试样首先固结到期望的围压应力，然后在试验前48小时内吸水。采用配备自动数字数据采集系统对纤维增强试样的行为进行了测量。为了减小试件不均匀性的影响，将试件按压缩方向加载。加载速率为每分钟0.7%的轴向应变，试件的最大轴向应变约为20%。破坏被指定为轴向应力峰值或20%轴向应变的应力峰值不明显。
        4纤维包裹体对土壤湿密度关系的影响
        先前的研究主要考察了纤维用量对体重的影响，范围在0-1%之间。在这项研究中，土壤的行为与剂量高达3%进行了检查。在这些高剂量率下，最大干密度和最佳含水量等性能的变化会变得非常显著。确定更高的剂量率效应的增强纤维水分的关系,标准(ASTM D698)进行了压实测试无钢筋砂质粉土和砂质粉土加固一次通过的地毯纤维或有原纤维的聚丙烯纤维在纤维内容1、2,土壤干重的3%。单通道地毯和纤化聚丙烯增强试样的湿度-密度关系。结果表明，纤维含量的增加降低了地毯纤维和原纤化聚丙烯纤维的最大干密度，提高了地毯纤维的最佳含水率。用原纤化聚丙烯纤维增强的试样的最佳含水率变化很小。最大干密度的变化可归因于两个因素。首先，纤维的比重约为1，而土壤颗粒的比重约为2.7。随着纤维含量的增加，低密度纤维取代高密度土粒，复合密度降低。其次，更重要的是，纤维的存在降低了在给定能量水平下压实过程的有效性，从而导致在给定水分含量下的较低干密度。随着纤维含量的增加，最佳含水率的增加归因于纤维对水的吸收，从而增加了土壤中水分的含量等。值得注意的是，纤维中所含的额外水分并没有被土壤颗粒吸收时所具有的润滑效果。用原纤化聚丙烯纤维增强的试样的最佳含水率没有变化，因为这些纤维没有吸水性。
        5结论
        对随机分布的再生地毯纤维和原纤化聚丙烯纤维加固的砂质粉土进行了标准压实试验。压实试验结果表明，最大干密度随纤维含量的增加而减小。三轴压缩试验结果表明，不同纤维类型的配筋均提高了砂土的抗剪强度，改善了砂土的应力变形响应。含有离散的、随机取向的纤维阻碍了压实过程，降低了一遍地毯的最大干密度，纤化了聚丙烯纤维增强砂质粉砂，提高了一遍地毯纤维增强试样的最佳含水率。离散的、随机取向的纤维包裹体显著提高了峰值剪切强度，降低了峰后强度损失，增加了轴向应变到破坏(延性)，并且在某些情况下，改变了应力-应变行为，从应变软化到应变硬化。对于使用回收的一次性地毯纤维增强的样本，未观察到最佳纤维含量或渐近上限。然而，用原纤化聚丙烯纤维增强的样本似乎接近1%纤维含量的上限。纤维增强显著改变了土壤的结构，从而极大地影响了湿密关系与强度的相关性。使用中饱和(浸泡)的强度损失大大减少了纤维增强。
        作者简介：潘添(1994-)，男，汉族，江西上饶人，广州大学硕士研究生，研究方向:建筑与土木工程