加筋体与土体界面力学特性试验研究进展综述

加筋土中的土工合成材料可提高土体的抗剪强度,改善黏性土的黏聚力和渗透性,改良黄土和膨胀土的不良工程性质。分析了直剪、拉拔及三轴试验测试加筋土筋土界面力学特性的局限性:对直剪试验而言,土样的剪切面限定在上下剪切盒之间,而不是沿其最薄弱面剪切破坏;拉拔试验试样制作过程中土中加筋体不可避免发生凹凸变形;三轴试验在试样中分布几层加筋材料,尺寸效应十分明显。新型全球数字系统(global digital systems,GDS)界面剪切试验仪能够克服上述3种试验方法的不足,为研究筋土界面力学特性提供了有利工具。     

复掺纳米SiO2对棕榈纤维加筋土抗剪强度的影响

通过直剪试验,探讨了在棕榈纤维加筋土中复掺纳米SiO_2对土体抗剪强度、黏聚力、内摩擦角的影响.试验表明,棕榈纤维可以明显提高土体的抗剪强度和黏聚力,但对土体内摩擦角的影响不大,其最佳棕榈纤维质量加筋率为1.0%~1.2%.复掺纳米SiO_2后,土体的抗剪强度再次得到增强,且其黏聚力、内摩擦角也得到进一步提高.对于相同质量加筋率的棕榈纤维土体,在复掺纳米SiO_2的质量百分比为1.0%时,土体的抗剪强度最大;而不同质量加筋率下的棕榈纤维加筋土(质量加筋率为1.0%~1.2%),其复掺纳米SiO_2质量百分比为0.7%~1.0%时,土体的抗剪强度最大.同时,分析了棕榈纤维和纳米SiO_2的作用机理,复掺纳米SiO_2后的棕榈纤维加筋土在微观结构上更加密实,土体更加稳定,抗剪强度更大.因此,纳米SiO_2可以在路基土体加固中发挥作用.     

半球形复合立体加筋砂土的强度特性及作用机理

选用橡胶作为加筋材料, 通过三轴剪切试验对半球形复合立体加筋砂土进行强度特性研究, 分析了不同半球数量、围压下加筋砂土的强度特性、应力-应变关系和破坏形态, 讨论了围压、半球数量和加筋层数对加筋砂土强度的影响, 得到了半球加筋的作用机理. 试验结果表明: 低围压时加筋砂土的抗剪强度增幅较大; 加筋效果随着筋材层数的增加而增强; 与水平筋相比, 半球形复合体加筋对土体的约束力较大, 加筋土的抗剪强度增幅也较大, 且随着半球数目的增加, 加筋砂土的黏聚力、内摩擦角也显著提高.     

蠕变作用对土工格栅加筋土界面特性影响的研究

为了研究土工格栅的蠕变特性对加筋土界面特性的影响,采用蠕变试验设备及大型直剪试验装置,以两种常用的双向土工格栅为研究对象开展加筋土界面特性试验研究,分析了蠕变作用对土工格栅加筋土的筋土界面工作性能的影响规律。试验结果表明,与纯砂相比,土工格栅加筋后试样内摩擦角变化较小、黏聚力增大,土体的抗剪强度提高;与未蠕变土工格栅加筋砂土相比,蠕变后的土工格栅黏聚力降低,且蠕变加载等级越高,黏聚力下降越多;蠕变加载等级为极限荷载的40%时,土工格栅加筋土的黏聚力下降约30%。在同样的加载等级下,初始抗拉强度较低土工格栅的蠕变变形较初始抗拉强度较高的土工格栅蠕变应变略小。     

加筋长度和加筋率下的稻草加筋土强度特征

为了解决由盐胀和溶陷导致的盐渍土低强度和大变形问题,依据抗压实验和三轴压缩实验,研究6种加筋长度和5种加筋率下的稻草加筋滨海盐渍土的抗压强度、抗剪强度和抗变形性能。结果表明,直径50 mm抗压试样的适宜加筋率为0.2%,适宜加筋长度为15 mm,直径61.8 mm三轴压缩试样的适宜加筋率为0.2%,适宜加筋长度为20 mm,这2种条件下加筋土的强度值最高、抗变形性能最优。加筋大幅提高了土的黏聚力,但对土的内摩擦角影响很小,只有在加筋土达到一定的轴向应变时,稻草的加筋作用才能发挥出来。     

棕榈加筋黄土剪切强度特性及细观结构

为探究棕榈纤维对黄土剪切强度的影响,以陕西泾阳黄土为试验材料,通过改变棕榈纤维掺量与长度的组合,将长度分别为1.0、1.5、2.0 cm,质量掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%不同组合的棕榈纤维与黄土拌合,然后对加筋黄土进行直剪试验,测试其工程抗剪特性,并运用偏光显微镜,观察纤维加筋黄土的细观结构。试验结果显示:纤维加筋对土体剪切强度有明显增强作用;加筋黄土的黏聚力较非加筋土有明显的提升,随着纤维长度与掺量的增加而增加,内摩擦角普遍高于非加筋土;偏光显微镜观察结果显示,棕榈纤维表面粗糙,存在沟槽与独立孔室,土颗粒镶嵌其中,改善复合材料界面性能,并且纤维相互交织,形成"雀巢"式网状结构。研究成果可为纤维加筋土的应用提供相关技术参考。     

高强土工格室加筋砂土性状的三轴试验

通过三轴试验方法研究了高强土工格室加筋土的强度及其变形破坏特性,探论了在不同加筋情况下,土工格室加筋土强度影响因素及其变化规律,分析了在筋材用量相同的情况下,如何选择更合理、更经济的加筋形式.试验结果表明:加筋后土体的强度和抵抗变形的能力明显增强;在围压一定的情况下,格室高度的提升对加筋土强度的提升程度远远大于节点间距减小的影响;在筋材用量相同时,选择格室高度高但是相对层数少的加筋方式更合理;对加筋效果系数和强度参数分析发现,随着围压的增加,加筋效果系数降低,土工格室加筋有助于提高土体的黏聚力和增大内摩擦角,其中黏聚力的提高更显著.     

土工格栅加筋膨胀土抗剪特性及边坡稳定性分析

近年来关于膨胀土边坡的病害处治逐渐转向了柔性防护领域,其中在膨胀土中植入土工格栅就是典型的一种。取十天高速西略段膨胀土加入不同层土工格栅,进行室内剪切试验,研究加筋对膨胀土抗剪强度的影响;再结合现场试验,考察筋材对膨胀土边坡稳定性的影响,以此来探讨加筋膨胀土的抗剪作用机理。试验结果表明:加筋使得剪应力峰值、峰值区域、残余强度以及峰值出现所对应的位移均得到提高;加土工格栅可以有效抑制土样剪切带的发展及土体的双向变形,提高其延性,推迟塑性破坏的出现,改善土体的变形特征,导致破坏模式发生变化;加筋能有效增大土体的黏聚力,而内摩擦角变化不大;加土工格栅能减小坡体的位移变形,增大土体抗滑移强度,提高坡体的稳定性。     

含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响

采用SRS-150型动态环剪仪,对甘肃通渭地区黄土重塑并进行室内环剪试验,分析含盐量与纤维长度、掺量对聚丙烯纤维加筋土抗剪强度的影响,并通过扫描电镜试验分析其微观作用机制.结果表明,加筋土抗剪强度随含盐量的增加,表现为先减小后增大的趋势,含盐量的界限值为6%左右;当纤维掺量取0.2%、 0.4%、 0.6%时,加筋土峰值强度有明显提升,但对其残余强度影响不大;纤维长度越长,加筋土黏聚力越大,当纤维长度增长到9 mm以上时,黏聚力减小或增长变慢;在纤维掺量低于0.4%的情况下,加筋土内摩擦角受纤维长度的变化影响很小,当纤维掺量高于0.4%之后,纤维长度越长,内摩擦角越小;含盐量的增加会使土颗粒的双电子层厚度减小,使土颗粒间的黏结力增大,从而土体中颗粒聚集体越来越多,最终促使加筋土的抗剪强度发生变化.试验表明含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响均存在一个界限值,这些可控因素对纤维加筋黄土边坡的加固及防护影响巨大,在实际工程应用中可围绕试验中的界限值进行相应调整.     

复合加筋土的强度与应力应变特性研究

为了探索土工格室与水平向土工合成材料联合加筋作用下土的应力变形及强度特性,本文采用理论分析和三轴试验相结合的方法,对此展开研究。首先推导得到了考虑筋材强度发挥和筋土比例的涤纶布-环状刚塑带加筋黄土的强度表达式,然后对加筋土三轴试验结果进行了分析。研究表明,用复合加筋形式,被约束土体的黏聚力有很大的提高,如果环内填土含有草根,则形成二次加筋作用,当草根比较柔软时,加筋后复合体的黏聚力有很大提高,当根比较坚硬,加筋复合体的黏聚力和内摩擦角皆有很大提高。将计算得到的偏应力与小主应力关系曲线与试验曲线进行比较,发现理论计算曲线与试验曲线吻合好,其最大误差在7.6%以内,同时表明环向筋强度的发挥在3%～15%,水平筋强度的发挥为100%。分析了加筋土的应力应变曲线,发现随着轴向变形的增加,加筋土的应力持续增长,未出现应力降低拐点,再次证明联合加筋材料未达到破坏状态.最后本文对强度指标进行分析,发现组合加筋情况下,黏聚力增加了1.569～5.054倍,而单独水平向加筋时,黏聚力增加了0.260～3.019倍,单独环向加筋时,黏聚力提高了0.732～3.417倍;复合加筋与单独加筋情况下,加筋后土内...     

含水率和加筋条件对棕榈加筋土的影响

通过击实试验、无侧限抗压试验,将加筋土与未加筋土的无侧限抗压强度、破坏时的轴向应变和正割模量相比较,研究了含水率对不同加筋条件下棕榈加筋土抗压强度和变形的影响,并从能量吸收能力角度说明含水率和加筋条件对加筋土强度和变形的影响。结果表明:增强土样抗压强度的适宜加筋率和筋材长度分别为0.5%和20 mm;且土样在具有最优含水率的条件下,纤维增强效果最佳,在最优含水率附近纤维增强效果都成降低趋势;加筋土的能量吸收能力随加筋率、纤维长度、含水率的增加而增加;纤维的加入降低了土体的刚度。另外,土样的破坏形态由未加筋土单一剪切面的脆性破坏逐渐转变为加筋土多剪切面的塑性破坏。     

土工合成纤维土动力特性试验研究

通过动三轴试验,研究围压、纤维长度、纤维细度和配合比等因素对聚丙烯纤维加固粉砂的动应力-应变关系及动强度的影响规律。结果表明:纤维土的动应力-应变关系呈应变硬化型,近似双曲线;围压对纤维土动应力-应变关系和动强度的影响较大,纤维土的动弹性模量和动强度随围压的增大而增大,随振动次数的增加而降低;纤维越细,动强度越大,抵抗变形的能力越强;纤维的掺入对土体动摩擦角的影响不大,主要提高了土的动黏聚力。     

含甲烷水合物松散沉积物的力学特性

通过含甲烷水合物松散沉积物三轴测试,首次基于临界状态原理探讨水合物沉积物发生应变软化、硬化破坏形式的机制,重点分析各强度参数变化规律及其对破坏模式的敏感性。结果表明:三轴剪切试验过程中沉积物破坏模式受有效围压、水合物饱和度等因素共同控制;破坏模式对峰值强度、起始屈服强度、起始屈服模量、内聚力、内摩擦角等参数的影响较小;不同破坏模式条件下水合物沉积物切线模量、峰值剪切模量等参数变化规律完全不同,其计算模型须在不同破坏模式框架内分别分析,而不能忽略破坏模式的影响建立笼统的水合物沉积物强度参数计算模型。     

纤维加筋粘性土边坡的模型试验和计算分析

纤维加筋能显著提高粘性土的抗剪强度,并使之具有裂而不断的特性。介绍了纤维加筋粘性土和素土边坡的离心模型试验成果。试验过程中详细观察并记录了边坡的变形和破坏情况。也介绍了对纤维加筋土边坡的数值计算结果。所采用的把筋的作用当成外力加在土单元上的等效附加应力法的计算思想对于其它加筋型式的数值分析也是适用的     

纤维加筋黄土的三轴蠕变试验研究

进行了纤维加筋黄土的三轴固结排水蠕变试验,通过对初始含水率、加筋率和围压的不同控制,分析了加筋黄土的蠕变特性,得到了以下几点结论:在黄土中掺入玄武岩纤维可以有效改善黄土试样的蠕变情况,蠕变变形的抑制效果与加筋率没有明显单调关系,存在最优加筋率;随着含水率的升高,加筋土的蠕变变形增大,加筋效果降低,偏应力越大该现象越明显;随着围压的增大,加筋黄土的蠕变变形降低,加筋效果增大,偏应力越大,该现象越明显;以Mesri蠕变模型为基准,对试验曲线进行模拟,计算出模型各参数,经验证,纤维加筋黄土的三轴蠕变特性可以用Mesri模型拟合。     

基于拉断破坏的加筋土挡墙土压力分析

通过考虑拉筋存在的影响,应用准粘聚力理论和库仑理论,提出了拉断破坏形式的加筋土挡墙墙背土压力计算公式。研究结果发现:拉断破坏下的加筋土粘聚力具有了增量,提出的加筋土挡墙墙背侧向土压力比经典土压力和变系数法都小,提出的加筋土挡墙侧向土压力都随拉筋垂直间距增加而增加,加筋土挡墙侧向土压力随拉筋抗拉强度增加而减小,与土工格栅加筋土挡墙试验数据基本一致。     

麦秸秆水泥土强度特性的初步试验研究

将天然麦秸秆加入水泥土中,提出了麦秸秆水泥土的基本概念。考虑水泥土龄期、水泥掺入比、麦秸秆长度、加筋率、麦秸秆形状等影响因素,通过试验初步研究了麦秸秆水泥土的无侧限抗压强度和抗折强度。结果表明,龄期和水泥掺入比对麦秸秆水泥土强度的影响与普通水泥土类似,麦秸秆长度对麦秸秆水泥土无侧限抗压强度和抗折强度的影响规律差异较大;在低加筋率下,可以保持麦秸秆水泥土强度变化不大;麦秸秆形状对麦秸秆水泥土强度的影响也极小,可忽略不计。最后分析了麦秸秆水泥土的作用机制,掌握了麦秸秆水泥土的基本特性。     

椰壳纤维土的三轴试验研究

采用室内三轴试验的方法,研究了椰壳纤维土的应力-应变关系及强度特性。探讨了不同加筋情况下椰壳纤维土的加筋效果及变化规律。试验结果表明:在红黏土中掺入椰壳纤维,能够提高土体抵抗变形的能力;椰壳纤维的加筋作用只有当试样的应变足够大时才能发挥出来;且随着轴向应变的增加,椰壳纤维土的加筋作用越来越明显;椰壳纤维土的应力-应变曲线近似呈双曲线,其试样的主要破坏形式表现为鼓胀破坏;在红黏土中加入椰壳纤维后,纤维土的黏聚力c值和内摩擦角φ值均有一定的提高;其中黏聚力c值提高明显,而内摩擦角φ值变化不明显;相同条件下,随着椰壳纤维掺量的增加,椰壳纤维土的加筋效果逐渐提高;相同条件下,围压越低,纤维土的加筋效果越好。