纤维土强度特性的试验研究
  • 技术应用
  • 2016-01-05 10:44
  • 来源:中国纺织机械网
  • 作者:[db:作者]
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  •   纤维土(TEXSOL)是土工加筋技术的一个重要分支,它作为一种新型的土体补强技术是采用很细的纤维材料同土体结合在一起形成的一种土工复合材料,它具有一般加筋土所没有的近似的各向同性的力学性质以及良好的工程性质。这项技术是继加筋土之后于20世纪80年代初首先由法国提出的,并且已将它用于公路路基边坡的加固工程。

      为了研究纤维土的强度特性,本论文对纤维土的强度特性进行了大量的三轴试验分析,不仅在理论上对纤维土的补强机理进行了进一步的探讨,而且提出了纤维土的强度经验公式,通过试验数据验证了该公式的合理性与准确性。

      1纤维土强度特性的理论分析1.1纤维对土体的补强机理可以将土中随机分布的连续纤维对土体的补强机理概括为“弯曲机理”和“交织机理”。

      弯曲机理是指纤维在土中的分布形态是由无数个弯曲转折组成的,几乎没有直线段,当土体承受外力从而使纤维受拉时,在纤维弯曲的凹侧就会产生纤维对土颗粒的压力和摩擦力,从而起到加固土体的作用。

      交织机理是指由于土中无序分布的纤维存在着无数的交织点,如果在纤维的交叉处受到力的作用,从而有位移的趋势,就会遇到其它纤维阻止这种位移,即任何一段纤维的受力变形都会牵动与之交织的各个方向的纤维,从而形成空间的(三维的)受力区。

      纤维对土体的补强机理是极为复杂的,纤维对土体的补强作用不仅来自于纤维与土体间的摩阻力,而且来自于纤维网对土体的空间约束作用,故纤维配合比纯绵纤维涤棉纤维纤维土的补强属体积补强。

      1.2影响纤维土强度的因素及纤维土强度经验公式影响纤维土强度的因素包括纤维的配合比纤维的细度F、纤维的韧度,土的内摩擦角p、土的重度L法国学者针对由砂土和纤维所构成的纤维土,提出了如下的强度表达式:所能产生的填土的附加凝聚力应为C==HtgP.这个表达式的重要缺陷便是没有考虑纤维细度对纤维土强度的影响。我们认为,土中由于加入纤维,使土的凝聚力产生了一个增量Ac,Ac与ot、F、r、7之间存在着如下关系式:kN/m3;  我们的试验研究工作就是确定该公式的各项系数,并通过试验资料来验证该公式的正确性与合理性。

      2试样制备(1)土样:砂黏土,其主要性能指标见表1.表1土样的性能指标土粒比重*佳含水量*大干密度内nw液限塑限塑性指数(2)纤维:本试验采用的纤维性能指标如表2.表2试验用纤维的性能指标纤维名称纯棉纤维涤棉纤维(3)试件的制备:本试验采用英制应变控制式三轴仪,试件尺寸为//=20cm,j5=10cm.制备试件时采用0.96的压实系数,试件的含水量控制在16%左右。制备纤维土试件时,采取了相应的措施,使纤维在土中呈三维分布的状态。

      3试验资料及试验结果3.1素土的三轴试验结果=50,100,150,200kPa,得到素土的试验结果如表3所示。

      表3素土试件的试验结果围压*大主应力差即该土样的凝聚力为51. 29kPa,内摩擦角为3.2纤维长度对纤维土强度的影响对试验数据采用两种方法进行处理,一是保持值不变,f值改变,二是P值、c值均改变。本试验在其它条件不变的情况下,采用了四种不同长度30cm)的纤维进行了对比试验,研究不同长度的纤维对纤维土强度的影响。试验结果如表4所示。

      结论:(1)当L<10cm时,纤维长度的变化对纤维土的强度影响显著,土体的凝聚力是随纤维长表4长度试验的试验结果纤维种类强度指标纯棉度的增加而增长的。

      (2)当cm时,纤维长度的变化对纤维土的强度影响变得非常微弱。

      3.3纤维配合比对纤维土强度的影响本试验在其它条件不变的情况下,采用了三种不同的纤维重量配合比(1%.,2%.,3%.)进行了对比试验,研究不同纤维配合比对纤维土强度的影响。

      试验结果如表5所示。

      结论:对试验数据进行回归分析得到凝聚力增量Ac与m*'3S成正比,即公的系数尸=0.表5配合比试验的试验结果纤维种类强度指标纯棉3.4纤维韧度对纤维土强度的影响本试验采用了两种不同韧度的纤维材料(纯棉纤维、涤棉纤维)进行对比试验,来研究纤维韧度f对纤维土强度的影响。试验结果如表6所示。

      结论:对表6试验数据的回归分析可知,么近似与,46成正比,即公的系数Q=.46. 3.5纤维细度对纤维土强度的影响本试验采用了两种不同细度的纤维材料(130dfex,300dfex)进行了对比试验,来研究纤维细度对纤维土强度的影响。试验结果如表7.所示。

      结论:对表7试验数据回归分析可知,Ac近似表6韧度试验的试验结果纤维种类涤棉纯棉涂棉纯棉涤棉纯棉表7细度试验的试验结果纤维种类纯棉得到纤维土凝聚力增量Ac的经验公式为:4结论由纤维土的大量试验资料,我们得到了纤维土的强度经验公式。由于加人纤维使土体产生的凝聚力增量Ac,可用下面的公式进行计算。c=Kt0-uF-0-20Ym0ihg  C.素土的凝聚力;Ac*由于加人纤维使土体产生的凝聚力增量。

      为了验证该强度经验公式的正确性,我们将各组试验结果同采用这一公式得到的计算结果进行了对比,对比结果如表8所示。从对比结果可以看出,采用我们提出的强度经验公式计算得到的结果与实测值基本一致,并且明显优于法国公式,可见我们提出的强度经验公式是正确合理的。由于试验数量有限,而且所采用的土样和纤维种类有限,我们提出的纤维土强度经验公式还只是初步的,有待于进一步完善。

      土工合成纤维土技术明显地增加了土体的凝聚表8纤维土强度实测值与计算值的对比纤维类别配合比w纤维度纤维细度F实测c值经验公式计算c值法国公式计算:值纯棉纤维涤棉纤维力,提高了土体的抗剪强度,并使补强后的土体表现了各向同性的力学性质。在试验研究中我们发现,纤维土的应力应变关系表现出变形硬化的特点,并且一般不会出现典型的拉力破坏和粘着破坏,而具有塑性破坏的特征。这一点在工程中可以起到延缓裂缝发展,提高土体承载力的作用。可以预见。将土工合成纤维土技术应用于实际工程中,可以大幅度降低工程成本,节约土方、劳动力等,还可以达到美化环境的效果,该项技术在我国岩土工程领域中的应用将会越来越广泛。

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