基于最优含水率的聚丙烯纤维增强膨胀土强度研究

将不同长度的聚丙烯纤维按照0.0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的重量比分别掺入膨胀土中配制试样,通过大量的室内试验研究了聚丙烯纤维对膨胀土强度的影响规律。试验结果表明:随着纤维的加入,膨胀土的抗剪强度得到了明显的增强,且无侧限抗压强度也随着纤维含量的增加而急剧增加,但当纤维含量超过最优加筋量0.3%时,加筋膨胀土的无侧限抗压强度和抗剪强度反而呈现降低趋势。相同纤维含量的情况下,膨胀土的强度也会随着纤维长度的增加而明显增加,同时聚丙烯纤维还可以增加纤维复合膨胀土的峰值强度,延缓土样的破坏,其研究结果为膨胀土性质的改良提供一种可借鉴的方法。     

聚丙烯纤维加固膨胀土边坡稳定性分析

为提高膨胀土边坡稳定性,改善膨胀土力学性能,使用聚丙烯纤维对膨胀土进行改性。通过直剪试验计算出不同围压、不同聚丙烯纤维掺量改性膨胀土边坡的抗剪强度变化规律,并应用Geostudio软件中的极限平衡法对不同聚丙烯纤维掺量的膨胀土边坡进行分析。研究发现,聚丙烯纤维含量在一定范围内可有效提高膨胀土边坡抗剪强度,掺量0.14%的纤维土在直剪试验中表现出较好的抗剪性能,Geostudio极限平衡法分析结果显示,0.14%纤维土边坡稳定系数为2.431,较素膨胀土边坡稳定性系数提高0.591。建议采用掺量0.14%的纤维土加固膨胀土边坡。     

聚丙烯纤维加固软土的试验研究

为了研究聚丙烯纤维加固软土的效果和机制,改善石灰土和水泥土的脆性破坏形式。在试验中将纤维按质量百分比为0.05 %,0.15 %和0.25 %的掺量分别掺入到素土、石灰土和水泥土中,按不同的配比配制了20组试样,进行了无侧限抗压强度试验。试验结果显示：纤维的加入能在小范围内提高素土的无侧限抗压强度,并且强度值随纤维掺量的增加而增加;而在石灰土和水泥土中只要掺入少量的纤维就能使无侧限抗压强度值得到极大的提高,增加了石灰土和水泥土的抗拉强度,改善了它们的脆性破坏形式,并使其水稳性得到改善。     

循环荷载作用下纤维水泥土动力特性

通过动三轴试验,研究水泥土中掺入不同掺量的聚丙烯纤维和玄武岩纤维条件下,其动应力 、动弹性模量 随动应变的变化规律。试验结果表明：水泥土的动强度和动弹性模量与围压、掺入纤维的种类和纤维掺量有关;随着纤维掺量的增多,水泥土的动强度和动弹性模量增大,动变形减小。从滞回曲线和微观的角度分析,掺入玄武岩纤维的水泥土动力性能最好,聚丙烯纤维水泥土次之,素水泥土（无纤维）较弱;最大动弹性模量 随着围压和纤维掺量的增大而增大。玄武岩纤维水泥土在不同围压下的 归一化曲线相互聚拢,表明 对围压的依赖程度降低。     

聚丙烯纤维加筋黄土抗侵蚀性能试验研究

以聚丙烯纤维加筋黄土在黄土边坡坡面防护中的应用推广为研究背景,探讨了聚丙烯纤维加筋黄土的抗侵蚀性能及坡面防护效果。基于室内试验,研究了纤维长度和纤维掺量对加筋黄土抗剪强度、抗崩解性和渗透系数的影响规律,并基于试验获得的加筋黄土最佳配合比,开展降雨冲刷模型试验。结果表明:聚丙烯纤维的掺入可有效提高黄土的抗剪强度和抗崩解性,随着纤维掺量的增加和长度的增长,加筋黄土的黏聚力和崩解速率均呈现出先减小后增大的变化趋势,当纤维长度为15mm、掺量为0.5%时,加筋土的抗剪强度和抗崩解性达到最优,相比于素黄土,加筋黄土的黏聚力提升了135.3%、崩解速率降低了91.7%;纤维的掺入提升了黄土的渗透系数,聚丙烯纤维加筋黄土的饱和渗透系数随着纤维掺量的增加而增大,随着纤维长度的增大而减小;聚丙烯纤维加筋黄土的坡面防护效果明显,当边坡坡比分别为1:1.5、1:1、1:0.75时,相比于无防护边坡,其冲刷速率分别降低了90%、90.4%和87.3%,累计冲刷量分别降低了85%、85.5%和83.6%。     

富里酸污染红黏土抗剪强度试验研究

通过在红黏土中掺入不同含量富里酸粉末制样,并对试样采用蒸馏水饱和浸泡,对浸泡龄期为7 d、14 d和28 d的试样进行直剪试验,分析不同富里酸掺入量和浸泡时间对红黏土试样抗剪强度的影响。试验结果表明,富里酸的掺入会降低土样的抗剪强度,土样的黏聚力随富里酸掺入量增加而提高,内摩擦角则随富里酸含量的增加而逐渐降低,相同富里酸掺入量下,浸泡时间越长,黏聚力越大,内摩擦角则越小。富里酸分子的羧基、羟基、羰基、甲氧基等活性官能团与土体矿物表面形成吸附作用,使得富里酸包裹在土颗粒表面,对土颗粒间形成联结作用,从而影响土体的抗剪强度指标。     

随机分布剑麻纤维加筋土力学性能试验研究

把剑麻纤维剪切为0.5、1.0、1.5cm,并分别按0.2%、0.4%、0.6%的质量百分含量掺入到粘土中,对剑麻纤维加筋土进行无侧限抗压试验和直接剪切试验,并与未掺入剑麻纤维的初始土样的无侧限抗压强度与直接剪试验结果进行对比。试验结果表明,剑麻纤维的掺入可以有效提高粘性土的无侧限抗压强度和抗剪强度;当剑麻纤维的含量和长度达到一定值后,其中1组的无侧限抗压强度值和抗剪强度值要大于另3组对应的无侧限抗压强度值和抗剪强度值。
     

黄土渗透和强度性能的改良优化

为探寻适用于黄土地区海绵城市建设的具有较高强度和防渗性能的路基换填材料,通过对掺入水泥、聚丙烯纤维、膨润土的黄土进行强度和渗透性试验,并基于正交试验和田口方法的信噪比分析,获得了改良黄土各掺量的最优配比方案。结果表明:水泥掺量对改良黄土的无侧限抗压强度影响最显著,聚丙烯纤维掺量和长度对其渗透系数影响最大;改良黄土各掺量的最优配比为聚丙烯纤维长度取12 mm、聚丙烯纤维掺量取0.3%、膨润土和水泥掺量分别取3%和8%;在3、7、14 d养护龄期下,最优配比改良黄土的强度和渗透性能均优于不同配比的石灰改良黄土。改良的黄土各掺量最优配比可为黄土地区海绵城市道路建设中的路基处理提供参考。      

聚丙烯纤维和水泥对粘性土强度的影响及机理研究

选取聚丙烯纤维和水泥作为加固材料,在室内试验的基础上,研究了单独的纤维和水泥对粘性土强度的影响及其的综合作用,分析了它们的作用机理。试验中,3种不同百分比(0.05%,0.15%和0.25%素土重)的纤维和两种不同百分比的(5%和8%素土重)水泥分别掺入到粘土试样中,配制了12组试样,进行了无侧限抗压试验。试验结果表明,纤维和水泥均能够提高土体的强度,纤维的加入改善了水泥土样的脆性破坏模式;纤维水泥土样的强度远远高于相同掺量下的纯纤维土和纯水泥的强度,甚至高于它们的强度之和。运用扫描电镜(SEM)从微观层次上分析了纤维和水泥加固粘性土的力学机理,发现纤维表面与土介质之间的粘结力和摩擦力对加固效果有直接影响。     

不同剪切速率对风化砂改良膨胀土抗剪强度指标的影响

土的抗剪强度指标受含水率、剪切速率以及土样的类别等多个因素的影响。为了研究不同剪切速率对风化砂改良膨胀土的抗剪强度指标的影响规律,分别在2.4,0.8 mm/min剪切速率下对不同含水率和不同掺砂比例的风化砂改良膨胀土样进行了室内直剪试验,得到了不同剪切速率下改良膨胀土的抗剪强度指标值。试验表明:采用2.4 mm/min的剪切速率测得的抗剪强度指标比采用0.8 mm/min的剪切速率测得的值要大;通过对比试验数据可知,剪切速率对内摩擦角的影响比对黏聚力的影响相对来说较小,对砂土的抗剪强度指标的影响比对黏土的抗剪强度指标要小,对含水率较小的土样的抗剪强度指标的影响比对含水率大的土样的抗剪强度指标要大。对于风化砂改良膨胀土的抗剪强度指标的测定时的剪切速率应采用规范要求的0.8 mm/min。     

Mechanical properties of lime-treated clay reinforced with different types of randomly distributed fibers

In this paper, a comparative experimental study was carried out to evaluate the effect of inclusion of different fiber types on strength of lime-stabilized clay. In this scope, a series of unconfined compressive strength tests were carried out on specimens including basalt and polypropylene fiber compacted under Standard Proctor effort (i.e., 35% by weight of soil). The effects of curing period (1, 7, 28, and 90 days), fiber type (basalt and polypropylene), fiber content (0, 0.25, 0.5, 0.75, 1%), fiber length (6, 12, and 19 mm), and lime content (0 and 9%) on strength properties were investigated. The results revealed that both basalt and polypropylene fibers increased the strength without inclusion of lime. For specimens including lime, strength of polypropylene fiber-reinforced specimens was remarkably higher than that reinforced with basalt fiber for lime-stabilized clay. However, greatest strength improvement was obtained by use of 0.75% basalt fiber of 19 mm length with 9% lime content after 90-day curing. Additionally, results of strength tests on specimens including 3 and 6% lime and 12-mm basalt fiber after 1, 7, 28, and 90-day curing were presented. It is evident that the use of 6-mm basalt fiber and 12-mm polypropylene fiber were the best options; however, efficiency of fiber inclusion is subject to change by varying lime contents. It was also observed that the secant modulus was increased by use of lime; however, strength of the correlations among secant modulus and unconfined compressive strength values was decreased by increasing amount of lime for specimens including both basalt and polypropylene fibers.     

Effect of Fibercast and Fibermesh inclusion on the direct shear and linear shrinkage response of clay

Inclusion of synthetic fibers is becoming a routine task in soil reinforcement. The ability of synthetic fibers in controlling the shrinkage cracks in concrete is the main drive to consider its benefits in clay and other soil materials. The polypropylene fibers are nonbiodegradable and can perform well even in aggressive chemical exposure conditions. The direct shear testing is a popular geotechnical approach to assess the shearing strength for a range of soils. This study is aimed at investigating the effect of fiber inclusion on the direct shear response of semi-arid clay soils. This research is conducted using two different types of polypropylene fibers, viz., Fibercast and Fibermesh, having different surface properties on the shear strength envelope and parameters (angle of internal friction and cohesion). The aspect lengths were varied as 6 and 12 mm, and the dosages were varied as 0.2, 0.4, and 0.6 % by weight of the soil. The results were viewed in relation to the fiber type, size, and dose. The soil response and shear resistance measured in consolidated undrained direct shear test is presented for the targeted doses, and the results revealed useful insight compared to unreinforced. The Fibermesh material proved to be the more appropriate fiber additive to typical semi-arid clay soils. The data provides helpful guide for the design geotechnical engineers.     

纤维加筋土中单根纤维的拉拔试验及临界加筋长度的确定

纤维加筋土物理力学性质主要受纤维与土界面之间作用力大小的控制,了解界面的微观力学行为对研究纤维加筋土的机制及工程应用具有重要意义。首先,利用自行设计的纤维拉拔试验装置,对不同含水率和不同干密度的土样进行了单根纤维的拉拔试验,测试并计算了单根纤维与土接触面之间的剪切强度和残余剪切强度,分析了含水率和干密度大小对它的影响。结果表明,设计的试验装置和试验方法能较好地进行单根纤维的拉拔试验,具有较高的准确性和精度。获得了纤维加筋土中界面剪切强度和残余强度与土样含水率和干密度之间的定量关系;分析拉力-位移曲线表明,加筋土中纤维的拉拔特性取决于筋土界面的力学行为,曲线的形状受含水率和干密度的影响不明显。最后,利用测得的筋土界面强度导出了纤维加筋的临界长度。     

隧道开挖与支护有限差分法分析

根据景德镇-黄山高速公路某隧道现场工程地质条件和隧道结构设计参数,采用有限差分法对喷射500 mm普通混凝土支护和喷射200 mm厚聚丙烯纤维混凝土支护两种支护结构,进行了施工过程的数值模拟分析。从围岩的应力、位移和塑性区分布3个方面对隧道围岩的稳定性进行了分析。模拟计算结果表明,采用喷射200 mm厚聚丙烯纤维混凝土支护结构的隧道围岩能够处于稳定状态。     

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。     

冻融作用下三类纤维加筋固化土的抗压抗拉性能

合成纤维、矿物纤维和植物纤维加筋土,增强了土的强度和抗变形性能。开展冻融作用下的无侧限抗压试验和劈裂抗拉试验,研究聚丙烯纤维、玄武岩纤维和棕榈纤维加筋石灰固化土的抗压和抗拉性能随冻融次数的变化规律。结果表明：未冻融和冻融环境下,聚丙烯纤维加筋固化土、玄武岩纤维加筋固化土和棕榈纤维加筋固化土的最优质量加筋率分别为0.2%、0.2%和0.4%。随冻融次数增加,三类纤维加筋固化土的抗压强度和抗拉强度均呈阶段性下降,纤维加筋固化土的破坏应变均大于石灰固化土。冻融作用下,聚丙烯纤维加筋固化土的抗压强度、抗拉强度和抗变形性能均优于另两类加筋固化土。纤维与土颗粒间的界面作用力和纤维对土的空间约束作用,增强了土的冻融耐久性。对比三类纤维加筋固化土的试验结果,聚丙烯纤维加筋固化土的抗冻融性能最优。     

黄土抗剪强度与耐崩解性能综合改良试验研究

为提高黄土高原治沟造地区挖填体力学特性与水稳定性,开展石灰、纳米二氧化硅、聚丙烯纤维和瓜尔豆胶改良黄土强度和崩解试验研究,对比分析其综合改良效果。结果表明:单一材料改良黄土性能仅在某一方面效果提升明显,如石灰和纳米二氧化硅显著提高黄土抗剪强度,提升幅度分别为36.3%~250.6% 与9.0%~99.7%;但在提升黄土耐崩解性能方面改良效果有限;2种材料仅延缓了黄土崩解时间,对最终崩解量无影响。聚丙烯纤维和瓜尔豆胶显著提升黄土的耐崩解性,如瓜尔豆胶可将黄土的崩解率降低至11.5%以下,而聚丙烯纤维改良黄土较素黄土的崩解率降低幅度为11.2%~51.9%;但2种改良材料提升黄土强度性能效果不佳,强度提高幅度仅为1.5%~22.9%和2.8%~15.6%。石灰混合聚丙烯纤维、纳米二氧化硅混合聚丙烯纤维2类复合改良材料既提高黄土耐崩解性、又能提高黄土抗剪强度,克服了单一改良材料对黄土强度与耐崩解性综合性能提高有限的短板,达到黄土综合性能提高的改良目的;其中9%石灰混合0.6%聚丙烯纤维、2%纳米二氧化硅混合0.6%聚丙烯纤维2种复合材料掺比改良效果最优,使改良黄土抗剪强度最高分别提高了109.8%和68.3%、崩解率分别降低了61.3%和49.8%。      

纤维加筋土中筋/土界面相互作用的微观研究

纤维与土体界面之间的相互作用对纤维加筋效果有着重要的影响,了解接触面之间力的产生和传递过程对合理有效地利用纤维改良土体的工程性质有着重要的意义.为了研究聚丙烯纤维在不同的土介质中筋/土界面间的微观力学作用机理,运用扫描电子显微镜(SEM)分别分析了纤维在素土、水泥土和石灰土中的表面形态学特征及接触面之间力的产生和传递过...     

Effect of Random Inclusion of Polypropylene Fibers on Strength Characteristics of Cohesive Soil

This paper presents the effect of random inclusion of polypropylene fibers on strength characteristics of soil. Locally available cohesive soil (CL) is used as medium and polypropylene fibers with three aspect ratios (l/d = 75, 100 and 125) are used as reinforcement. Soil is compacted with standard Proctor’s maximum density with low percentage of reinforcement (0–1% by weight of oven-dried soil). Direct shear tests, unconfined compression tests and CBR tests were conducted on un-reinforced as well as reinforced soil to investigate the strength characteristics of fiber-reinforced soil. The test results reveal that the inclusion of randomly distributed polypropylene fibers in soil increases peak and residual shear strength, unconfined compressive strength and CBR value of soil. It is noticed that the optimum fiber content for achieving maximum strength is 0.4–0.8% of the weight of oven-dried soil for fiber aspect ratio of 100.