纤维加筋市政污泥剪切强度试验研究

随着社会经济的快速发展,市政污泥产量逐年攀升,其安全处置对改善城市生态环境和经济可持续发展具有重要意 义。污泥由于含水率高,颗粒细小,粘滞性强,且富含有机质,因而存在机械脱水效率低和抗剪强度低等问题,填埋时容 易造成填埋场堆体发生侧滑、失稳等事故。纤维加筋是近些年发展起来的一种土质改良技术,为了研究该技术对污泥剪切 强度特性的影响,在不同固结压力下（50,100,200和400 kPa） 对纤维加筋污泥进行了一系列剪切试验,分析了纤维掺量 （0,0.05%,0.1%,0.2%,0.4%和0.8%） 对固结后污泥含水率、干密度及剪切强度的影响。结果表明：在不同固结压力 下,污泥排水固结后的含水率均随着纤维掺量的增加呈先减少后增加的趋势,而干密度则是先增加后减小,试验确定纤维 最优掺量为0.1%;污泥排水固结后的剪切强度则随着纤维掺量的增加而增加,纤维加筋作用对污泥的剪切强度提升效果十 分明显,100 kPa下加筋效果最显著;纤维加筋污泥的黏聚力和内摩擦角随纤维掺量的增加而增加,当纤维掺量超过0.4% 后,黏聚力增幅有放缓趋势,而内摩擦角的增幅则有加大趋势;在剪切破坏过程后期,随纤维掺量增加,应变硬化趋势更 为显著。     

纤维加筋土工程性质研究进展

纤维加筋是一种新型的土体改良技术,是指将分散的纤维丝均匀掺入土体中,达到提高土体的工程力学性能的目的。本文根据国内外近20a来在该领域取得的成果,着重对纤维加筋材料、纤维加筋土的工程性质及加筋机理等方面的研究进展进行了介绍。在纤维加筋材料方面,主要有人工合成纤维和自然纤维两种; 在纤维加筋土工程性质方面,纤维加筋能有效提高土体的抗剪、抗压、抗拉强度和承载力,增加土体的破坏韧性和渗透性,降低膨胀土的胀缩性和裂隙发育程度; 在纤维加筋机理方面,目前主要认为纤维的加筋效果主要取决于纤维-土界面的力学作用,即界面黏聚力和摩擦力。最后,针对目前纤维加筋土的研究不足,提出了今后该领域的研究重点和方向,主要包括: 开发简单可行的纤维土施工器具和工艺、开发更专业的纤维产品和降低纤维成本、开展大尺度模型试验和现场试验、纤维-土界面作用机理研究、纤维加筋土的破坏和失效机理研究、纤维加筋土的力学模型及计算理论研究、纤维加筋土的动力学特性研究等。     

干密度和含水率对稻草加筋土强度与变形的影响

以防腐处理后的稻草加筋滨海盐渍土,完成了三种干密度和三种含水率的稻草加筋土的抗压实验和三轴UU压缩实验。结果表明：干密度较大时,加筋土的抗压强度和抗剪强度较高,达到峰值强度的应变较大,即抗变形能力较强;随含水率的增加,加筋土的强度降低,抗变形能力减弱;加筋稻草增强了土的抗变形能力,提高了土的粘聚力,但对内摩擦角的影响很小;在最优含水率和最大干密度下,加筋效果最优。     

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...     

基于数字图像分析的土工合成材料加筋砂土拉拔试验研究

由于加筋土界面作用的复杂性,加筋土工程建设中铺设土工格栅时往往采用经验的方法,很大程度上造成了土工格栅的浪费及工程安全隐患,理清不同填料筋土界面作用的影响范围,有助于确定加筋土结构的合理加筋间距。为了揭示不同填料筋土界面作用的影响范围,采用4种不同类型的砂土与格栅在不同法向应力下进行了一系列的拉拔试验,并结合数字图像量测技术,分析了不同类型砂土下界面剪切带厚度、颗粒位移矢量、格栅拉拔阻力峰值及应变等演变规律。研究表明：界面剪切带厚度H随法向应力σ_v与砂土平均粒径d₅₀的增加而增大,通过多变量拟合的方法,得到了H、σ_v与d₅₀三者之间的函数表达式;格栅在拉拔过程中,砂土颗粒位移矢量以土工格栅为界有着显著的差别,格栅上部的颗粒位移矢量明显大于下部颗粒,且在格栅上下一定范围内会形成颗粒位移矢量集中带;拉拔阻力峰值随σ_v及d₅₀的增加而增大;不同类型砂土各区段的格栅应变均表现出由前向后依次递减的趋势。     

加筋率对稻秸秆加筋土开裂特性的试验研究

针对花岗岩残积土边坡生态防护采用的稻秸秆加筋土,通过室温与模拟日照条件下的加筋土开裂试验研究稻秸秆加筋率对土体开裂性能的影响规律,结果表明:室温条件下稻秸秆加筋率为0.3%,0.4%和0.5%的试样均未发生开裂;模拟日照条件下加筋土试样开裂过程按裂缝宽度发展速度可分为缓慢发展Ⅰ、快速发展Ⅱ、缓慢发展Ⅲ和稳定发展Ⅳ4个阶段,快速发展阶段加筋率0%,0.4%,0.5%的试样均完成70%以上的裂缝开裂宽度,加筋土样含水率呈现出快—慢—快—慢的变化过程,而裂缝宽度呈现快—慢—稳定的变化过程,稻秸秆对试样具有保湿作用,但加筋率过多会导致土样中的空隙增大,为水分蒸发提供通道;稻秸秆加筋土开裂的界限加筋率应为0.3%,其结果可为稻秸秆加筋土生态防护设计提供借鉴。     

锚杆拉拔试验的理论和数值分析

详细分析了现场锚杆拉拔试验的实测数据,说明了传统设计中认为界面抗剪应力平均分布的简化假定与近似服从负指数分布的实测结果存在误差。考虑界面黏结强度中化学胶着力、机械咬合力和界面摩擦力逐渐丧失的过程,建立了一个可以通过现场拉拔试验得到的极限荷载反算出界面抗剪强度和解耦长度的理论模型。引入一种可以模拟锚杆与岩土界面复 杂力学特性的摩擦-接触型界面单元建立数值模型进行仿真分析,再现了现场试验全过程的力学响应。通过与实测数据对比分析,验证了理论模型和数值分析的可靠性和精度。     

剑麻加筋黏土的强度试验研究

采用剑麻纤维对浙江缙云地区黏土进行加固,通过剪切试验、无侧限抗压试验,对比分析了纤维含量及干密度对缙云地区黏土强度特性的影响,并通过其开裂形式对加固机理进行深入研究.试验结果表明:在保持含水率不变时,随着纤维含量增加,加固后黏土的黏聚力逐渐增加且增幅较大,内摩擦角稍有提高但总体变化较小;土体强度与纤维含量和试样干密度有...     

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。     

纤维红黏土强度的正交试验及多元非线性回归分析

纤维长度、纤维掺量、含水率和干密度是纤维红黏土强度的主要影响因素,采用正交试验设计方法,研究多因素耦合作用对纤维红黏土抗剪强度指标c,φ的影响,通过对试验结果进行极差、方差分析,确定了c,φ的最优制备工艺及各影响因素的显著性大小。基于多元非线性回归理论,应用SPSS软件建立了多因素与纤维红黏土c,φ的多元非线性回归模型。试验和分析结果表明:4个因素对纤维土c,φ的影响主次顺序均为:含水率>干密度>纤维掺量>纤维长度,其中含水率对c影响显著,干密度与纤维掺量对c有一定的影响,而φ受含水率影响明显,其它因素对其影响不明显,各因素水平的改变对c的影响程度大于对φ的影响。对c,φ的多元非线性回归模型验证发现,c,φ模型的相关系数较高、显著性较强、且预测值与实际值之间线性关系明显,确定了模型的可靠性。研究成果为进一步研究纤维改善红黏土的工程特性、固化机理具重要指导意义。     

温度影响下膨胀土强度的试验研究

通过对河南平顶山膨胀土温度影响下的抗剪强度试验,揭示了膨胀土的强度随温度、含水量、干密度、压力等参数变化的规律。结果表明：相同压力作用下膨胀土强度随含水量不同有较显著的变化,随含水量增加而减小。但当含水量增加到一定程度,强度不再随压力而变化,即内摩擦角为0。当含水量较高时,温度影响显著,相同压力、含水量和干密度情况下,液相为全液体时,随温度的升高抗剪强度增大;当液相有部分结冰时,其规律与干密度的大小有关。含水量较小时,压力较小情况下,温度对抗剪强度影响不明显。     

以强度增长率评价麦秸秆加筋盐渍土的加筋效果

采用麦秸秆与石灰共同加筋固化滨海盐渍土,可解决由于盐胀、溶陷和吸湿软化引起的土体强度下降问题。首先,制备盐渍土、石灰土、麦秸秆加筋盐渍土和麦秸秆加筋石灰土试样（整体均匀加筋、上部均匀加筋和下部均匀加筋）;进而,进行? 50 mm试样、? 152 mm重型击实试样和? 102 mm轻型击实试样的无侧限抗压强度试验,以及? 61.8 mm试样三轴压缩试验;最后,分析抗压强度增长率、主应力差比值和黏聚力增长率的变化规律,以评价麦秸秆的加筋效果。结果表明：① 麦秸秆加筋增强了土的抗压强度和抗变形能力。② 麦秸秆加筋提高了土的黏聚力,在试样下部加筋,加筋效果更好。③ 加筋石灰土的强度由麦秸秆和石灰共同承担,加筋石灰土的浸水稳定性来源于石灰的固化作用。④ 低围压时,加筋对土的侧向变形约束较强;高围压时,加筋和围压共同限制土的侧向变形。采用麦秸秆加筋是滨海盐渍土的一种有效处理方法     

筋土之间直剪试验与拉拔试验的对比分析

直剪试验和拉拔试验是研究土工合成材料与土界面剪切特性的两种手段,但二者的试验机理存在明显的差异。本文根据筋土界面直剪试验和拉拔试验结果,对这两种试验方法进行了对比分析,探讨了直剪试验和拉拔试验得到的界面剪切强度之间的差别及其原因。试验结果表明:对于机织土工布来说,直剪试验的结果与拉拔试验得到的界面剪切强度相近,但峰值位移差别较大;对于玻纤格栅来说,直剪试验得到的界面剪切强度大于拉拔试验的结果。     

聚丙烯纤维复合土抗裂补强特性试验研究

将聚丙烯纤维按不同类型、不同组合、不同含量掺入土中的三轴压缩试验,研究了聚丙烯纤维复合土的应力-应变性状及对复合土强度特性的影响。试验结果表明,加固黏性土要选择分散性好的束状单丝聚丙烯纤维,而不是网状聚丙烯纤维,聚丙烯纤维按占土质量0.2%时为最佳掺入量,束状单丝聚丙烯纤维长度为6 mm+10 mm+15 mm+19 mm的4种组合较为理想,可使聚丙烯纤维复合土微结构联结强度得到明显改善,抗裂补强,黏性土抗剪强度得到极大的提高。     

砂土加筋挡墙筋条临界长度的神经网络预测

对于加筋支挡结构的设计,神经网络模型不同于基于凝聚力基础之上的半经验公式,它不需要主观的人为假设,而是模拟人脑思维,通过数据样本的学习来获得预测结果.BP神经网络是对非线性可微分函数进行权值训练的分层网络.文中采用BP网络对给定极限荷载下砂土挡墙筋条的临界长度进行预测,试验点几乎分布在预测曲线附近,说明网络学习是成功的.对不同筋材的极限荷载与临界长度的关系进行了对比分析,表明筋材的弹性模量及筋材与填料之间的摩擦系数对加筋性能有着重要的影响.     

土工带加筋碎石土的抗剪强度特性研究

大型三轴固结排水剪切试验表明：土工带加筋后土体的破坏强度和破坏应变均得到提高。从加筋土和未加筋土的强度包线看出,加筋前后土体的强度曲线基本平行,摩擦角相等,粘聚力提高。通过分析加筋土的应力-应变关系试验曲线,研究土工带加筋素碎石土的抗剪强度特性,提出土工带加筋土的抗剪强度表达式。为进一步研究土工带素碎石土加筋机理提供试验基础。     

松-嫩平原苏打型盐渍土强度特性研究

用干燥法和滴水法研究了松嫩平原苏打型盐渍土在失水和吸水过程中抗剪强度参数c、φ随含水率的变化关系,提出了这两种情况下,苏打型盐渍土随含水率变化的抗剪强度公式并给出其强度参数及含水率的强度曲面,得出了不同应力水平下的临界含水率。分析了苏打型盐渍土在失水和吸水条件下抗剪强度随含水率的变化机制。其研究结果为松嫩平原地区的苏打型盐渍土工程的设计与建设提供参考。     

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。