玄武岩纤维黄土抗剪强度变化规律与最优配合比分析

基于正交试验设计,进行固结不排水三轴(CU)试验,对试验结果进行极差和方差分析。并在控制含水率、压实度不变的条件下,研究玄武岩纤维黄土抗剪强度指标随纤维掺量的变化规律。结果表明:含水率、压实度、玄武岩纤维掺量、围压都是抗剪强度的显著影响因子;方差分析得到的局部最优配合比为含水率11%,压实度0.95,玄武岩纤维掺量0.4%;通过对最优配合比作进一步研究发现,黏聚力随纤维掺量的增加先增大后减小,当纤维掺量在0.4%左右时,黏聚力最大;纤维掺量为0.2%时,内摩擦角明显减小,纤维掺量为0.8%时,内摩擦角发生了较为显著的升高;其余的相差都不大,内摩擦角和掺量呈现上凹形曲线,实际工程中应控制纤维掺量不少于0.2%。     

纤维加筋黄土的抗剪强度特性研究

通过直接剪切试验研究了不同含水率、不同纤维量、不同压实度纤维加筋黄土的黏聚力、内摩擦角和抗剪强度的变化规律。研究结果表明:含水率由14%增加到18%时,黄土的黏聚力逐渐减小,当其大于20%时,黏聚力c急剧减小;当黄土的含水率为18%时,内摩擦角φ最大,黄土的抗剪强度达到最大值;纤维材料在黄土中呈面状、网状和团状分布,内摩擦角和黏聚力均随纤维量的增大先增大后减小,纤维量0.5%为最优纤维量;纤维含量小于最优纤维量时,内摩擦角随压实度的增大变化较小,当纤维含量大于最优纤维量时,内摩擦角变化较大;同时,在实际应用方面,该试验给出了含水率、纤维量和压实度与内摩擦角和黏聚力的函数关系,对黄土地区施工具有指导意义。     

水泥砂浆固化土三轴试验研究

为研究水泥砂浆固化土剪切强度特性和合理确定水泥砂浆固化土工程应用的配比,从掺砂量、水泥掺入比、原料土含水率及砂料粒径入手,对水泥砂浆固化土进行了室内固结不排水三轴（CU）试验研究。结果表明,掺砂可以改善固化土强度;随掺砂量的增加,黏聚力和有效黏聚力先增加后减小,转折点的掺砂量为最佳掺砂量（10%左右）,内摩擦角和有效内摩擦角不断增加,一定掺砂量下增加水泥掺入比可有效地提高固化土的强度;随着含水率的增加,固化土的黏聚力呈近似线性减小的关系,而内摩擦角几乎保持不变,采用水泥砂浆处理高含水率软弱地基时适当提高掺砂量,可以较大幅度改善固化土的力学性质;在掺料配比一定的情况下砂料粒径对固化土的抗剪强度指标存在一定的影响。采用单一粒径砂料的固化土抗剪强度更高,该单一粒径在固化土级配良好的前提下,不均匀系数Cu趋于最大、曲率系数Cc趋于最小     

基于高分子复合材料改良砂土三轴剪切试验研究

为研究剑麻纤维和高分子固化剂复合改良对砂土工程特性影响,通过一系列三轴剪切试验,对不同掺量和长度的剑麻纤维与高分子固化剂改良砂土的剪切强度特性进行了研究,从峰值偏应力、应力应变曲线特征和抗剪强度参数等方面分别对改良机理进行了研究。研究结果表明,纯高分子固化剂改良砂土的峰值偏应力和黏聚力明显提升,由于固化剂粘结砂土颗粒,限制了变形过程中颗粒的相对滑动,内摩擦角略微降低。随纤维掺量的增加,不同围压下固化剂改良土体的峰值偏应力明显增加,应力硬化特征愈加明显,土体的黏聚力和内摩擦角随纤维掺量的增加保持单调递增趋势。在单纯添加固化剂的情况下,土体强度与固化剂浓度呈正相关的关系;在给定0.4%的纤维含量下,随着纤维长度的加长,纤维和高分子固化剂复合改良砂土的剪切强度先增强后降低;在纤维长度为18 mm时,土体的剪切强度达到最大,黏聚力达到最大207.57 kPa;纤维长度的改变对试样破坏时的轴向应变和土体的内摩擦角基本没有影响。     

纤维加筋市政污泥固结特性试验研究

城市内河环境整治及清淤过程中往往产生大量污泥, 安全高效处理和处置这类市政污泥并实现资源化利用对改善城市生态环境和经济可持续发展具有重要意义。污泥具有高含水率、高孔隙比和高压缩性等特点, 由于其含有较多有机质和细颗粒, 一般难以通过机械脱水达到减容的目的。因此, 提高污泥的脱水速率和改善其固结特性是实现污泥安全处置及资源化利用的首要任务, 也是目前该课题的研究难点。本文提出了一种离散短丝纤维加筋技术, 为了研究该技术对污泥固结特性的影响, 对不同纤维掺量(0, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.4%和0.8%)的污泥进行了一系列固结压缩试验, 分析了固结过程中纤维掺量对固结系数和渗透系数的影响。结果表明:在相同的荷载条件下, 随着纤维掺量的增加, 试样的压缩量、孔隙比变化显著增加, 固结时间和压缩系数相对减小, 且当纤维掺入量为0.1%时变化最显著, 为最优掺量。此外, 研究结果表明, 纤维的掺入增大了污泥的固结系数和渗透系数, 固结效率和固结效果得到明显改善。     

Experimental study of the mechanical and thermal properties of lignin fiber-stabilized loess under freeze-thaw cycles北大核心CSCD

冻融循环作用是造成寒区工程病害的主要因素之一。为探究冻融循环对木质素纤维改良黄土力学和热学的影响,通过轻型击实试验、冻融循环试验、不固结不排水三轴剪切试验、热常数分析试验和X射线衍射试验,以木质素纤维掺量、冻融循环次数和围压为变量展开研究。结果表明：随着掺量的增加,改良黄土的最大干密度降低,最优含水率升高;随着冻融循环次数的增加,试样的应力-应变曲线由应变硬化型向应变弱软化型转变;试样的质量损失率、破坏强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角和导热系数均随着冻融循环次数的增加呈下降趋势,在经历第1次冻融循环后衰减率最高,并且总是在掺量为5%时达到最大值;试样的破坏强度和黏聚力在经历6~9次冻融循环后趋于稳定;黄土及掺量为5%的改良黄土在X射线衍射分析中成分相似,未发现新的物质生成,因此,木质素纤维是一种绿色的物理固化材料。该研究成果可为寒区土体加固提供新思路。     

不同垂直荷重对风化砂改良膨胀土抗剪强度影响研究

本文以风化砂改良膨胀土的抗剪强度指标为研究对象,通过室内直接剪切试验,研究了在不同垂直荷重作用下,不同掺砂比例及不同含水率对改良膨胀土抗剪强度指标c、值的影响规律及各种不同垂直荷重下的-关系。影响直接剪切试验结果的两个关键因素是试验时的垂直荷重和剪切速率,而现行规范对剪切速率是有明确规定的,但对垂直荷重只有一个推荐性的取值。本文对膨胀土掺入了10%、20%、30%、40%、50%的风化砂,分别配以6%、8%、10%、12%、14%的水,然后在I级垂直荷重(12.5～50kPa)、Ⅱ级垂直荷重(62.5～100kPa)、Ⅲ级垂直荷重(100～400kPa)作用下,进行剪切试验。通过试验研究得知:垂直荷重对改良后膨胀土抗剪强度指标影响较大,随着垂直荷重的减小,掺砂后的膨胀土内摩擦角逐渐增大,黏聚力逐渐减小; 在各级垂直荷重下,在同一含水率状态下,黏聚力均随着掺砂比例的增大而逐渐减小,而内摩擦角均是先增大后减小; 在同一掺砂比例下,黏聚力及内摩擦角均随着含水率的增大而先增大后减小。本试验的研究成果为风化砂改良膨胀土用作公路路基填料提供了试验依据。     

聚丙烯纤维加筋对高岭土固结压缩特性影响试验研究

工程中为了改良压实黏土的强度和抗干裂性能,将分散的聚丙烯纤维均匀掺入土体中制成纤维加筋土。利用聚丙烯纤维与高岭土在室内人工拌和并压制成纤维加筋土样,基于一维固结试验研究了控制干密度条件下纤维加筋掺量与长度对加筋高岭土固结、压缩特性的影响规律。研究结果表明,在控制干密度和纤维长度条件下,随着纤维掺量的增加,加筋土的固结系数和压缩模量均先增大后减小;掺量为0.2%时固结系数最大,掺量为0.1%～0.15%时压缩模量最大;在控制干密度和纤维掺量条件下,随着纤维长度的增加,加筋土的固结系数先减小后增大,纤维长度为10 mm时固结系数最小;当固结压力较高（≥400 kPa）时,加筋土的压缩模量随纤维长度增大而减小。此外,加筋土的压缩指数总体上随纤维掺量和纤维长度的增大而增大,但纤维掺量为0.15%～0.20%以及纤维长度为10 mm时压缩指数有一极小值。     

非饱和紫色土三轴试验颗粒流宏细观参数关系研究

为确定非饱和紫色土颗粒流宏细观力学参数间关系,采用三维颗粒流软件(PFC3D)并结合控制变量法与莫尔-库仑破坏准则,对不同含水率(8%、10%、12%、14%、16%、18%)及围压(100kPa、200kPa、300kPa、400 kPa)条件下的非饱和紫色土三轴固结不排水试验进行了数值模拟,并与室内结果进行对比。结果表明:重塑紫色土黏聚力随含水率增加呈先增后减的趋势,且存在临界含水率12%;内摩擦角与含水率呈一阶线性负相关。紫色土的宏观强度参数黏聚力与细观参数切向黏结强度呈线性正相关,而内摩擦角值由颗粒切向黏结强度及摩擦系数共同决定。建立了紫色土含水率与颗粒切向黏结强度、摩擦系数之间的定量关系,通过细观参数切向黏结强度及摩擦系数的改变来模拟不同含水率下紫色土的黏聚力与内摩擦角的变化,将数值模拟的应力-应变曲线与室内试验曲线进行对比,验证了该关系的正确性。利用PFC3D内置的切片工具对含水率为12%,围压为200kPa的数值试件进行剖切,可以较好地观察到紫色土三轴微观颗粒的运动情况及颗粒间接触力的分布特征,为深入探究紫色土的抗剪强度特性及应力-应变性状提供参考。     

木质素纤维红黏土强度及变形特性试验研究

利用工业废料改良土体性能不仅具有实用价值而且能够保护环境。采用室内土工试验及SEM试验,针对木质素纤维加筋红黏土的效果,以及木质素纤维掺量对红黏土强度及变形特性的影响规律和作用机理进行研究。试验结果表明:木质素红粘土压缩模量随着纤维掺量的增加先增加后减小,2%纤维掺量时,模量最高;不同木质素掺量红粘土的内摩擦角基本保持不变;红黏土黏聚力随木质素掺量的增加先减小后增大再减小。2%是纤维最优掺量,土体黏聚力出现最大值;在三轴实验中,加筋红黏土试样均发生鼓胀变形,没有明显的破裂面,具有典型的应变硬化特征。研究结果表明木质素纤维能一定程度提高红粘土的强度,提升红粘土的工程应用价值。      

市政污泥真空预压模型试验研究

《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》[1]执行前,市政污泥往往直接倾倒于填埋场形成污泥库,导致垃圾设计库容显著降低。为恢复填埋场库容,许多填埋场面临污泥库的原位加固处理。通过2组模型试验,探讨真空预压处理污泥的可行性。试验结果表明,真空预压后污泥含水率显著降低,强度提高至2~4 kPa;污泥排水固结系数随预压过程发展表现出非线性;排水板周围污泥含水率和渗透系数降低明显,阻碍离排水板较远处污泥排水固结,因此减少排水板间距可显著提高污泥处理效果;真空预压过程中污泥中孔压变化规律与常规淤泥质土有明显区别,特别是远离排水板的位置孔压消散幅度小,表明污泥中孔压消散规律不符合传统的太沙基固结理论;污泥真空预压过程中,间歇式通正气压会在处理初期阶段加快排水速率,但整体改善作用不明显;真空预压可作为污泥减量化的一种途径,如要满足后续堆载垃圾的要求,还需配合其他原位处理方法进一步提高强度。     

高分子固化剂/纤维改良砂土的抗拉强度试验研究

本文采用高分子固化剂和聚丙烯纤维对砂土进行复合加固,通过对不同聚丙烯纤维含量、固化剂含量和干密度的重塑试样进行抗拉试验,测量试样破坏时的最大拉应力,对比不同试样抗拉强度的变化规律,并结合扫描电镜对复合加固机理进行较为深入的分析。试验结果表明,高分子固化剂和聚丙烯纤维的复合加固能够显著提高砂土的抗拉强度,纤维含量、固化剂含量和干密度对改良砂土的抗拉强度均具有较大的影响。当干密度和高分子固化剂含量一定时,砂土抗拉强度随纤维含量的增加逐渐增加,当固化剂含量为4%,干密度为1.5 g·cm-3时,纤维含量从0.2%到0.8%,抗拉强度从79.06 kPa增加到194.51 kPa;当干密度和纤维含量一定时,砂土抗拉强度随着高分子固化剂含量的增加而增加,当纤维含量为0.8%,干密度为1.5g·cm-3时,固化剂含量从1%到4%,抗拉强度从63.16 kPa增加到194.51 kPa;当高分子固化剂含量和纤维含量一定时,抗拉强度随着干密度的增加先增加后减小,在干密度为1.55 g·cm-3左右达到峰值。复合加固结合物理和化学加固的优点,通过纤维在颗粒间的相互作用力和固化剂在颗粒间的联结力,从而提高改良砂土的抗拉性能。本研究结果为进一步研究砂土复合加固及其工程应用提供一定的参考依据。     

处置库污泥工程特性测试研究

对某填埋场污泥库中取样的污泥进行了岩土工程特性测试,包括有机质含量、含水率、界限含水率、颗粒级配、渗透系数、压缩固结特性及抗剪强度等。试验结果表明,与常规淤泥相比,污泥库中经一段时间降解后污泥有机质含量及含水率较高,平均值分别为45%和520%;污泥在历时2 a的生物降解作用下,污泥含水率、有机质含量沿深度呈较为明显的减少趋势;污泥具有极高的压缩性,压缩系数a100-200高达7 MPa-1;污泥的固结表现为非线性大变形特性,其固结系数在10-5～10-6 cm2/s,比淤泥低1～2个数量级,固结系数随压力的增加而显著减少;污泥的抗剪强度参数较小,其黏聚力为0,内摩擦角为14.7°。有机质含量高是污泥高含水率、高液塑性指数、高压缩性,低渗透性、低固结系数及低抗剪强度的本质原因。以上成果可为污泥库的固化处置、稳定分析等提供必要的参数。     

Strength Behavior of Shanghai Clayey Soil Reinforced with Wheat Straw Fibers

It is generally recognized that the low strength and high compressibility are the characteristics of soft soil. In addition to other techniques, reinforcement can also be used in increasing the strength and decreasing the deformation of this kind of soil. The results of an investigation into the effects of a natural fiber on the consolidation and shear strength behavior of Shanghai clayey soil reinforced with wheat straw fibers are presented in this paper. A series of one dimensional consolidation and triaxial tests were conducted on samples of unreinforced and reinforced Shanghai clayey soil with different percentages of randomly distributed wheat straw fibers. The results show that the preconsolidation pressure decreases and the coefficient of swelling and compression generally increase with increasing the fiber content until a optimum content value. Furthermore, the addition of wheat straw fiber leads to a significant increase in shear strength and friction angle of the natural soil and there is an optimum wheat fiber content that makes this increase maximal.     

Mechanical Behavior of a Clay Soil Reinforced with Nylon Fibers

Soft soils are well known for their low strength and high compressibility. Several techniques, including reinforcement, are commonly used to increase the strength and decrease the deformation of this kind of soil. This paper presents the results of an investigation into the effects of fiber on the consolidation and shear strength behavior of a clay soil reinforced with nylon fibers. A series of one dimensional consolidation and triaxial tests were conducted on samples of unreinforced and reinforced clay with different percentages of randomly distributed nylon fibers. The results show that the preconsolidation pressure decreases and the coefficient of swelling and compression generally increase with increasing the fiber content. Furthermore, the addition of the fiber leads to a significant increase in shear strength and friction angle of the natural soil.     

干燥脱水过程中纤维加筋固化淤泥的强度特性

淤泥是一种天然含水率高且力学性质极差的固体废弃物,采取有效的技术方法进行快速脱水和增强可以实现淤泥资源化和高效利用。选取离散短丝聚丙烯纤维作为加筋材料,水泥和粉煤灰作为固化材料,通过开展无侧限抗压试验,研究了纤维加筋固化淤泥在干燥路径中强度的变化,并分析了干燥过程中不同目标含水率状态(分别为45%,40%,35%,30%,25%,20%,15%,10%和5%)和纤维掺量(0~0.8%)对加筋固化淤泥强度的影响机理。结果表明:①纤维的加入能有效提高固化淤泥的峰值强度和残余强度,且强度值随纤维掺量的增加呈现先上升后下降的趋势,最优纤维掺量为0.1%;②干燥脱水过程中,试样的无侧限抗压强度随含水率的减小近似于线性增加,破坏形式由塑性破坏逐渐向脆性破坏过渡,而纤维的加入可以有效抑制试样的脆性破坏,提升试样的韧性;③纤维加筋对固化淤泥强度的贡献随含水率的减小而逐渐增加,根本原因是纤维—淤泥界面作用力在低含水率条件下能得到更佳的激发。     

分散性土的抗剪强度特性试验研究

分散性土是一种具有特殊工程性质的土,其典型的性质为抗渗性能差,耐冲蚀能力低,在纯水中具有很高的分散性。目前,人们对于分散性土的研究主要集中在鉴定、抗渗和改良等方面,而对其抗剪强度特性的研究很少。采用三轴CU试验研究不同初始条件下分散性土的抗剪强度特性。结果表明:分散性土的应力-应变曲线在小围压、低含水率和高干密度的状态下呈应变软化型,在围压较大、含水率较高的情况下呈弱硬化型或硬化型;黏聚力和内摩擦角均随含水率的增大而减小,并且干密度越大受水分影响越强烈;黏聚力随干密度的增大而增大,在低含水条件下,黏聚力的增幅较大,而在高含水条件下,黏聚力的增幅则较小;内摩擦角随干密度的增大有少量增大。     

宜巴高速岩堆不同密实度大型直剪强度特性

岩堆是指陡峻山坡上,岩体崩坍物质经重力搬运,在山坡坡脚或平缓山坡上堆积的松散堆积体。拟建的宜巴高速公路线路方案穿越多处大型岩堆体,且地质条件复杂,各处岩堆体的密实程度各不相同。不同密实程度的岩堆体的强度和稳定性差异很大,对项目建设造成极大不利。为此进行了相同含水量不同密实度的岩堆体大型直剪强度特性实验,结果表明:岩堆体含水量、密度均存在很大的不均匀性,岩堆充填和胶结物含水量5% ~7%,平均含水量为6.5%,干密度最大值2.246gcm-3,平均天然密度为2.112g cm-3,平均干密度1.982g cm-3; 除干密度2.10gcm-3 试样在低垂直压力(50, 100, 200kPa)下分别出现剪切力峰值116.04, 154.7, 210.82kPa以外,其余各垂直压力下剪切力随水平剪切位移增大而增加,没有明显峰值,表现出明显的应变硬化特征; 岩堆体直剪强度指标c和随着其干密度的增加而增加,相同含水量下一般岩堆体越密实,其抗剪强度越高; 原始级配不同干密度下,随着岩堆体密实度增加,其抗剪强度对密实度的敏感性大幅度下降。