秸秆加筋粉土的冻胀特性研究

粉土在中国分布广泛,工程中大量涉及,常表现为冻胀敏感性,在冻土地区工程建设中需重点考虑其冻胀特性。为减少粉土冻胀对工程的影响,基于环保的理念,以防腐处理后的麦秸秆作为加筋材料,将其切断后随机掺入粉土中;并对粉土和秸秆加筋粉土试样分别进行了开敞系统下的一维冻胀试验,重点研究了秸秆掺量和长度对粉土冻胀特性的影响。结果表明：秸秆加筋对粉土的冻胀有明显的抑制作用,少量的掺加（0.2%、0.4%）可将接近强冻胀的粉土改良为弱冻胀或不冻胀;在其他条件相同的情况下,试验范围内粉土的冻胀率随秸秆掺量的增加而线性增大,但总体远小于未改良土;秸秆掺量一定时,存在最优秸秆长度,在该长度下,秸秆加筋粉土的冻胀变形量和冻胀率均最小。     

玉米秸秆防腐及其粉土加筋效果研究

粉土因具有黏聚力低、水稳性差的特点,在工程中的使用受限;玉米秸秆具有较高的抗拉强度,是一种性能良好、环保的天然纤维,将经过防腐处理后的玉米秸秆作为加筋材料纤维掺加到粉土中,是否会起到良好的加固效果,本文将就此展开研究。首先对玉米秸秆皮进行抗拉强度测试,选取抗拉强度较高的无茎节点秸秆皮作为试样;将该试样用卡松、双乙酸钠、聚乙烯醇3种防腐溶液进行浸泡,并对浸泡处理后的试样进行抗拉强度测试,结果表明浸泡过3种防腐剂的秸秆在浸泡水后抗拉强度均比天然秸秆有不同程度的提升,其中聚乙烯醇的防腐效果最好,浸泡12周后抗拉强度比天然秸秆高出约60%;对用聚乙烯醇浸泡后的试样进行显微镜拍照和称重测试,显示秸秆在浸泡3天后对聚乙烯醇的吸收达到饱和。将用聚乙烯醇防腐处理后的玉米秸秆纤维掺加到粉土中,制样进行三轴试验,发现玉米秸秆加筋对粉土强度的提高主要体现在黏聚力上,其增幅为素土试样的100%,改善了土体的水稳定性;其应力-应变曲线更倾向于应变-硬化,有别于素土的应变软化,破坏形态较为完整,有别于素土的斜截面破坏,这说明粉土加入玉米秸秆纤维后抵抗外界荷载的能力增强。     

以抗压强度确定麦秸秆加筋盐渍土的加筋条件

滨海盐渍土具有盐胀、溶陷和吸湿软化等不良工程地质问题,未经固化处理不能满足工程建设的强度和变形要求。借鉴合成纤维加筋土和草根土的研究成果,初步确定包括加筋长度、质量加筋率、加筋形状和石灰掺加量等因素的麦秸秆加筋盐渍土的加筋条件。通过抗压强度试验和Taguchi正交试验设计优化方法,确定最优加筋条件为：加筋长度为10 mm、加筋率为0.25 %、形状为1/4圆弧状和石灰掺加量为8 %。以麦秸秆作加筋与石灰共同加筋固化滨海盐渍土,其抗压强度试验结果表明,石灰+麦秸秆加筋盐渍土的抗压强度、抗变形能力和水稳性均优于石灰土和盐渍土。初步的研究成果对今后系统研究麦秸秆加筋滨海盐渍土的抗压强度、抗剪强度和变形特性等具有指导意义。     

麦秸秆加筋盐渍土重型击实效果的影响因素分析

为解决因滨海盐渍土的盐胀和溶陷而引起土的强度降低问题,可采用麦秸秆加筋的方法处理盐渍土,以提高土的强度和抗变形能力。将盐渍土与一定长度和数量的防腐麦秸秆均匀拌和在一起,按照一定的碾压功将其碾压密实,此时土的含水率、麦秸秆的质量加筋率和加筋长度是影响加筋土重型击实效果的3个因素。试验结果揭示,（1）加筋土的最大干密度均小于盐渍土的,最优含水率变化不大。（2）与盐渍土一样,随着含水率的增加,加筋土的干密度先升后降。（3）随质量加筋率和加筋长度的增加,加筋土的最优含水率变化不明显,最大干密度持续下降,但降幅较小。（4）0.2%质量加筋率加筋土的干密度最大,0.3%质量加筋率的最小。（5）30 mm加筋长度加筋土的干密度最大,70 mm加筋长度的最小。建议按0.2%质量加筋率和30 mm加筋长度的防腐麦秸秆制备三轴压缩试样,以研究麦秸秆加筋滨海盐渍土的抗剪强度和应力-应变特性。     

麦秸秆的力学性能及加筋滨海盐渍土的抗压强度研究

为开展天然草本纤维材料防腐前后的力学性能及加筋滨海盐渍土的抗压强度增长规律研究,本文探讨了麦秸秆的微结构特征及防腐方法、测试并对比了防腐前后的麦秸秆的质量增加率、吸水率、极限拉力和极限延伸率,证实用SH胶浸泡麦秸秆不仅能起到防腐作用,还可提高麦秸秆的力学性能。完成了不同加筋长度、不同加筋率及浸胶后呈不同状态麦秸秆的加筋滨海盐渍土无侧限抗压强度试验,结果证实:掺加长10mm麦秸秆优于掺加长20 mm麦秸秆;适宜加筋率为0.3%~0.4%;掺加浸泡SH胶后呈潮湿状态的麦秸秆优于掺加浸泡SH胶后呈干燥状态的;麦秸秆加筋盐渍土的抗压强度高于素盐渍土。初步的研究结果表明,麦秸秆适宜作加筋材料使用。     

掺灰膨胀土表面吸附试验及吸水性验证

利用水蒸气吸附仪对石灰改性膨胀土进行水蒸气吸附试验,得出随着掺灰量的变化,膨胀土的吸水性先减小后增大,且在掺灰量为6%处取得最小值。为了研究引起膨胀土吸水性变化的主要原因,再对改性膨胀土进行氮气吸附试验,从而分析掺灰膨胀土孔隙结构的变化。研究发现,随着掺灰量的增加,BET微孔比表面积呈折线形变化,且在掺灰量为6%时取得最小值;中孔的累积容积随着掺灰量的增大而减小;随着掺灰量的增加,中孔孔径先增大后减小,且在掺灰量为6%处取得最大值。膨胀土的吸水性与中孔孔径的变化成负相关,且膨胀土的最佳掺灰量为6%。     

掺土粉煤灰的动强度及孔压发展规律

在动扭剪三轴仪上对不同黄土掺量的粉煤灰试样进行动力学试验,根据试验结果对掺土粉煤灰的动强度及孔压发展规律进行了分析。试验表明:随着掺土量的增加,掺土粉煤灰的动强度值有所下降,在同一固结比条件下,掺土量越大,产生破坏所需的动剪应力和破坏振次就越小;掺土粉煤灰的动强度指标中粘聚力随掺土量的增大而提高,而内摩擦角随掺土量的增加呈略微减小的趋势;随着掺土量的增加,孔隙水压力随振次比及轴向变形的增长速度逐渐变缓,在纯粉煤灰中掺入一定量的黄土,有助于提高粉煤灰的抗液化性能。     

非饱和橡胶粉土抗剪强度特性研究

为研究非饱和橡胶粉土的抗剪强度特性,对具有不同橡胶颗粒掺量、含水率的橡胶粉土开展了一系列直剪试验。基于颗粒接触状态理论,构建了橡胶粉土的细观接触模式,建立了基于不同橡胶掺量的橡胶粉土骨架孔隙比计算方法。试验结果表明：在低含水率下,橡胶粉土的抗剪强度随骨架孔隙比增大而减小,在高含水率下,橡胶粉土抗剪强度随骨架孔隙比增大而增大;基于橡胶粉土的土-水特征曲线,得到了基质吸力与含水率的对应关系,在低骨架孔隙比下,橡胶粉土的抗剪强度随着基质吸力的增大而增大,在高骨架孔隙比下,橡胶粉土的抗剪强度随着基质吸力的增大先降低后增大;基于骨架孔隙比及含水率对内摩擦角、黏聚力的影响提出了非饱和橡胶粉土的抗剪强度发展机制,并建立了抗剪强度预测公式。研究结果可为橡胶粉土的实际设计施工提供理论支撑。     

加筋条件和含水率对加筋土抗压强度和应力应变的影响

由滨海盐渍土的盐胀、溶陷和吸湿软化引起的土的低强度和大变形问题,可通过麦秸秆加筋的方法予以应对。加筋土的抗压强度及应力应变特性与麦秸秆的加筋长度、加筋率和土的含水率有关。加筋土的抗压强度试验结果证实：0.25%加筋率的加筋土抗压强度最大,0.20%和0.30%的次之;50 mm加筋长度加筋土的抗压强度最大,70 mm的最小。0.25%加筋率的加筋土应力应变曲线的峰值最大;随加筋长度的增加,加筋率对应力应变的影响程度降低。随加筋长度的增加,加筋土的应力应变曲线由应变软化型渐变为应变硬化型,以70 mm加筋长度的最为明显。低于最优含水率,应力应变曲线存在峰值;高于最优含水率,加筋土逐渐转向塑性变形。总结麦秸秆加筋土的抗压强度和应力应变的变化规律,为后期的三轴抗剪强度及其偏应力应变特性研究提供借鉴。     

水泥土的孔隙分布及其对渗透性的影响

以不同水泥掺量的水泥黏土为研究对象,进行核磁共振试验研究水泥掺量对微观孔隙分布的影响,进行变水头渗透试验研究水泥掺量对渗透性的影响,在此基础上调查水泥掺量对渗透性影响的微观机制。研究发现:水泥土的渗透系数随水泥掺量的增大而减小,其中在低水泥掺量（4%~12%）范围内急剧减小,在高水泥掺量（15%~25%）范围内呈现相对缓慢减小趋势;水泥土T₂分布曲线均呈现三峰分布,三峰分别对应于小孔、中孔、大孔,随着水泥掺量增加,T₂分布曲线总面积呈现减小趋势,其中在低水泥掺量范围内,第2峰、第3峰峰面积减小明显,在高水泥掺量范围内,第1峰峰面积显著减小。分析可知,在水泥掺量较低时,水泥水化作用优先堵塞大孔和中孔,导致渗透系数随水泥掺量增加而显著减小;在水泥掺量较高时,水泥掺量的增加主要减少小孔隙面积,大孔和中孔面积变化不大,此时增加水泥掺量对减小水泥土渗透系数的效果相对较差。     

麦秸秆加筋材料抗拉性能的实验研究

加筋作用取决于筋材间的交织作用、筋土间的摩擦作用,以及加筋材料自身的抗拉性能。利用扫描电镜观察天然和经高分子材料SH胶浸泡后麦秸秆的结构,发现麦秸秆孔隙中渗入了胶液,并在麦秸秆的内外表面形成了胶膜。通过拉伸实验,测试了无茎节和1茎节麦秸秆在天然、浸海水、浸胶及浸胶后再浸海水4种工况下的极限拉力和极限延伸率。结果表明,无茎节麦秸秆的极限拉力和极限延伸率均高于1茎节麦秸秆的;浸胶与天然麦秸秆、浸胶干燥后再浸海水与直接浸海水的麦秸秆相比,前者的极限拉力和极限延伸率均高于后者,说明SH胶浸泡麦秸秆,使其抗拉性能得到增强。     

Effect of Random Inclusion of Wheat Straw Fibers on Shear Strength Characteristics of Shanghai Cohesive Soil

The effect of random inclusion of wheat straw (fibers) on shear strength characteristics of Shanghai cohesive soil is presented in this paper. 1 year old natural wheat straw (fibers) with four section lengths of 5, 10, 15, 20 mm (aspect ratio: l/d = 1.67, 3.33, 5, 6.67) are used as reinforcement and specific Shanghai cohesive soil is used as medium. Locally available cohesive soil is compacted with standard Proctor’s maximum density with low percentage of reinforcement (0.1–0.4 % of wheat straw sections by weight of oven-dried soil). A series of direct shear tests were conducted on unreinforced as well as reinforced soil to investigate the shear strength characteristics of wheat straw-reinforced soil. The test results show that the inclusion of randomly distributed wheat straw sections (fibers) in soil increases the shear strength to one degree or another. It is noticed that the optimum wheat straw (fiber) content for achieving maximum shear strength is 0.3 % of the weight of oven-dried soil for wheat straw fiber length 15–20 mm (aspect ratio: 5–6.67).     

Research on the effect of straw mulching on the soil moisture by field experiment in the piedmont plain of the Taihang Mountains

To reveal the influencing effect of the long-term straw mulching on the soil moisture, this paper employed the field experiment data in 2010 of a typical area of Taihang Mountains plain, observed the soil moisture dynamic regularities under different mulching patterns by virtue of depressimeter and neutron probe, analyzed the characteristics of soil water content and storage in different depths and seasons under the long-term straw mulching. The results showed that the long-term straw mulching can keep the soil moisture conservation of the deep, while decreased the shallow. (1) The long-term straw mulching can changed the type of soil water movement. If no straw mulching, the type is mainly evaporation-infiltration. And with straw mantle the type would change into infiltration. The number of zero flux plane would be reduced or absent. (2) The long-term straw mulching can increase the soil water reserves of the whole soil profile with the depth between 0 cm and 220 cm. But the soil water content of the layer from 30 cm to 80 cm decreased and the soil water content of the layer from 80 cm to 220 cm increased instead., The effect of soil moisture conservation on winter wheat is not obvious; (3) With no straw mulching, the depth of infiltration recharge by rainfall or irrigation is shallower than 80 cm. In a straw mulching, the influence depth is can extend to 120 cm; (4) With no straw mulching , there is a deep layer on the depth of 220 cm between March and June, while this layer will disappear with a long-term straw mulching.     

麦秸秆布筋区域与截面形状下的加筋土抗剪强度

以防腐后的麦秸秆和石灰加筋固化滨海盐渍土,解决由盐渍土的盐胀和溶陷引起的低强度和大变形问题。将布筋区域设计为上半部、中部、下半部、上部1/3与下部1/3处分别布筋,共5种布筋区域;将麦秸秆切割成圆管状、半圆管状、1/4圆管状、圆管碾压后的随机形状,共4种加筋横截面形状。加筋盐渍土和加筋石灰盐渍土的三轴UU抗剪强度表明,适宜的布筋区域均为下半部,适宜的加筋横截面形状均为1/4圆管状。麦秸秆的布筋区域和加筋横截面形状对加筋盐渍土和加筋石灰土的抗剪强度均具有明显影响。加筋可有效地提高黏聚力,但对内摩擦角影响较小。麦秸秆适宜作加筋材料,5种布筋区域和4种麦秸秆截面形状的加筋条件下,均可提高滨海盐渍土的抗剪强度和抗变形性能。