纳米纤维素材料加固土遗址初探

探讨纳米纤维素加固土遗址的可行性,将羧基改性的纳米晶纤维素(CNC)和纳米纤丝化纤维素(NFC)分别以滴渗或拌和的方式加固遗址土试样,通过不同龄期下的无侧限抗压强度试验、声波测速、水滴入渗试验和崩解试验,评估了加固试样的力学性质、固化龄期、斥水性和耐水性能.结果表明:2种材料均能在较小的掺量下适度的提高遗址土的力学强度, NFC在拌合加固中效果明显,CNC更适用于滴渗加固.声波测速试验反映了各加固试样的强度增长规律,与无侧限抗压强度较吻合.经CNC滴渗的试样斥水性有所提高,崩解速率较未加固试样降低近50%.扫描电子显微镜图像揭示了纳米纤维素与土颗粒间的胶结形态, NFC拌和样与CNC滴渗样孔隙间表现为明显的非晶相的凝絮状胶结,孔隙度大大减小, CNC拌和样胶结物凝聚现象不显著.     

水泥改良黄土崩解试验研究

黄土具有多孔亚稳结构和水敏性,遇水时易发生崩解。黄土的崩解性是促进黄土高原地区水土流失、崩塌、滑坡等地质灾害发生的主要因素之一。作为一种造价低、应用方便的材料,水泥改良黄土(cement improved loess, CIL)在黄土地基、边坡工程中应用广泛,但其抗崩解性研究较少。为此,该文通过原状及不同掺量下的CIL室内崩解试验和扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)试验,分析改良前后黄土的崩解行为,探究水泥对黄土崩解性的改良效果及作用机制。结果表明,掺入水泥可大幅提升黄土的抗崩解能力,低掺量下CIL仍具有完整的崩解过程,但水泥能填充粒间孔隙,阻碍水分运移,同时水泥水化物及其与黄土颗粒的作用能增强粒间胶结,从而延缓了黄土崩解进程。随着水泥掺量的增加,抗崩解效果愈明显,累积崩解百分量几乎为0。土样不发生崩解的最小水泥掺量为3%。研究结果对黄土的抗侵蚀性研究和防灾工程设计具有重要意义。     

纤维煤矸石改良膨胀土强度特性及邓肯-张模型参数

为了改善膨胀土胀缩性能和强度特性,以煤矸石和纤维为改良材料,研究聚丙烯纤维和煤矸石对膨胀土的强度影响及本构关系。将不同质量比的煤矸石掺入膨胀土中进行无荷载膨胀率试验和收缩试验,将不同质量比的聚丙烯纤维掺入煤矸石改良膨胀土中进行三轴固结排水试验,分析其应力-应变关系,获取改良土邓肯-张模型参数,并采用MATLAB软件对模型参数进行分析。结果表明：煤矸石可有效抑制膨胀土的胀缩性,煤矸石掺量为40%时,对膨胀土胀缩性的改良效果最好;在此煤矸石掺量下,随着纤维掺量的增加,改良膨胀土的抗剪强度呈先增大后减少的趋势,纤维掺量为0.3%时,改良膨胀土的强度最高,并且当纤维掺量相同时,周围压力越高,纤维对改良土强度提高越显著;采用MATLAB软件得到纤维掺量和围压对模型参数a、b的拟合函数,代入到邓肯-张模型中,模型能较好地模拟试验获得的应力-应变数据。     

粉煤灰改良花岗岩残积土试验研究

以福州地区花岗岩残积砾质粘性土为试验研究土料,与粉煤灰进行不同比例的混合,形成以粉煤灰改良的花岗岩残积土,采用击实、直剪、渗透和湿化试验,研究粉煤灰改良花岗岩残积土的工程特性,得到养护时间和粉煤灰掺量的不同对花岗岩残积土抗剪强度、渗透性和水稳定性的影响规律. 研究表明,掺入粉煤灰可有效提高花岗岩残积土的抗剪强度,降低其渗透系数和崩解率,且龄期越长越明显.     

纤维加筋和石灰改良昔格达土工程性质试验研究

为探讨纤维加筋和石灰共同改良攀西地区昔格达土的工程性质,在昔格达土中掺入不同含量的长度为2.5 cm的纤维,制备不同纤维掺量石灰改良土样,进行有荷膨胀试验、无侧限抗压试验和直接剪切试验。试验结果表明：纤维加筋不仅可减小石灰土的膨胀性,还可以改善昔格达土的抗压、抗剪和变形等力学特性,直剪试验表明,纤维加筋石灰土颗粒与纤维之间的摩擦力增大,使土样的粘聚力明显增大。研究表明：纤维加筋能有效改善石灰昔格达土的工程性质,当掺入0.3%的聚丙烯纤维时石灰昔格达土的纤维加筋效果最佳。     

水泥改良花岗岩残积土的强度和崩解特性研究

直接将花岗岩残积土用作路基填筑,易产生溜坍、滑坡等病害.为了消除花岗岩残积土不良特性,对湖南省南岳地区花岗岩残积土粒径级配进行研究,得出该地区花岗岩残积土为砂质粘性土,为了提高其填筑路基的性能,采用不同掺入量的水泥对其进行改良,在压实度均为90%的条件下,利用SLB-1型应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪和自制崩解仪对各组试样分别进行三轴试验和崩解试验.改良的花岗岩残积土的抗剪强度和崩解试验结果表明,随着水泥掺量的增加,其抗剪强度逐步提高,遇水崩解状况得到逐步改善,当水泥掺入量达到6%时,能大幅提高花岗岩残积土的抗剪强度,其耐崩解性也得到了大幅度的提高和改善,可达到实际工程中改良当地花岗岩残积土的目的.     

水泥硅微粉改良黄土的抗剪强度试验研究

通过对山西太原郊区某工业园区的黄土中掺入水泥、硅微粉作为固化材料进行黄土改良,对不同掺量,不同龄期等变化因素条件下改良后的黄土进行直接剪切强度试验,分析了水泥和硅微粉改善黄土抗剪强度指标的变化特征。研究结果表明:硅微粉加入水泥土中可有效提高水泥土的抗剪强度;两种材料同时添加的效果要优于单独掺加一种材料改良处理黄土的效果;硅微粉掺入比为10%时,改良土的强度提高最为明显;随着养护龄期的增加,水泥、硅微粉双掺改良黄土黏聚力不断增加,内摩擦角则持续递减但幅度较小,改良土的变形能力减小。     

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.     

初始基质吸力对原状黄土水敏特性影响研究

选取延安市典型Q_2原状黄土为研究对象,利用自制装置开展其非饱和状态下的水敏特性研究,定量评价初始基质吸力对黄土水敏特性影响规律.结果表明,非饱和状态下Q_2黄土水敏特性变化差异显著,Q_2黄土基质吸力随含水率增大而减小,吸湿、脱湿路径下的土水特征曲线滞回效应明显;随初始基质吸力增大,Q_2黄土吸水速率及崩解速率均增大,表明其吸水能力及崩解性也逐渐增强.随着初始基质吸力不断降低,Q_2黄土抗剪强度逐渐降低,强度呈现由硬脆性向软塑性转变规律,且抗剪强度曲线滞回效应显著,脱湿强度大于吸湿强度,脱湿样的抗剪强度参数大于吸湿样.     

有机生态酯类材料改良粉质黏土试验

以广东地区粉质黏土为研究对象,从土质改良的角度出发,采用有机生态酯类材料-纳米水性黏合剂,通过无侧限抗压强度试验、直接剪切试验、渗透试验、扫描电镜试验、粒径分析和压汞试验,研究了不同加量纳米水性黏合剂改良粉质黏土的作用规律与效果。试验表明:纳米水性黏合剂能有效提高粉质黏土的强度;在养护3 d后,纳米水性黏合剂的作用较为充分,且土的强度随纳米水性黏合剂加量的增加而增大;纳米水性黏合剂能够通过黏结、包裹细颗粒改良土的结构,为"颗粒重组式"结构改良模式;粉质黏土的渗透系数随黏合剂加量的增加呈先增大后降低的规律;纳米水性黏合剂在土颗粒表面及孔隙内会形成弹性膜,该弹性膜的形成增加了粒间连结,从而提高了土的稳定性。纳米水性黏合剂通过提高粉质黏土的稳定性、结构优化、改良粉质黏土的渗透性为植被生长提供良好的基质环境,可以作为生态护坡材料应用于边坡防护。     

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。     

垂直荷重对不同材料改良膨胀土抗剪强度影响研究

通过不同垂直荷重下的直剪试验,探究石灰、水泥、粉煤灰改良膨胀土的内摩擦角、黏聚力以及抗剪强度随垂直荷重级数的改变而变化的规律,验证不同材料改良时的抗剪强度曲线与莫尔-库伦强度理论的相符程度。研究表明,在改良材料及掺量一定时,随着垂直荷重的增加,改良膨胀土内摩擦角逐渐减小,黏聚力逐渐增大。粉煤灰改良时内摩擦角减小幅度最大,黏聚力增长幅度最小;水泥改良时内摩擦角减小幅度最小而黏聚力增长幅度最大;石灰改良时内摩擦角及黏聚力的变化幅度居中。当垂直荷重级数相同时,掺3种材料对膨胀土抗剪强度提高幅度依次为:水泥、石灰、粉煤灰。当垂直荷重级数相同时,掺石灰对膨胀土内摩擦角的提高幅度最大,而对黏聚力的提高来说,掺水泥效果最好;掺石灰改良时,试验所取的垂直荷重对抗剪强度指标的影响程度较大,而粉煤灰改良时,抗剪强度与垂直荷重的关系接近库伦定律,垂直荷重的取值对抗剪强度指标的影响较小。     

矿渣微粉改良黄土力学性能及抗剪强度预测模型

为探究矿渣微粉改良黄土效果,通过配置不同掺量的矿渣微粉黄土,利用无侧限抗压强度、抗剪强度、湿陷性试验研究矿渣微粉改良黄土机理与可行性,并提出抗剪强度预测模型。研究结果表明,随矿渣微粉掺量增加,无侧限抗压强度呈先增大后降低趋势,矿渣微粉掺量为15%时达到最大;不同掺量的矿渣微粉黄土较素黄土湿陷系数分别下降92.1%、96.4%、98.0%、99.0%、97.7%;随养护周期增加,抗剪强度、内摩擦角、黏聚力均有明显提高;不同矿渣微粉掺量下黄土抗剪强度预测模型与实测值相对误差均小于8%,拟合度较高。研究结果可为矿渣微粉改良黄土提供参考依据。     

新型棒状聚丙烯纤维混凝土抗剪性能试验与比较

针对最新引进日产棒状聚丙烯纤维和喷射混凝土衬砌中常用的钢纤维,通过18组72个混凝土试样的双面剪切试验,研究了不同基体强度、不同纤维掺量混凝土抗剪强度变化特性.试验结果表明:①棒状聚丙烯纤维混凝土抗剪强度随着纤维掺量增加呈现先增大后减小的趋势,钢纤维混凝土抗剪强度随着纤维掺量增加而增大;②纤维掺量在0.5%以内,棒状聚丙烯纤维混凝土抗剪强度增大幅度接近钢纤维混凝土,纤维掺量在0.5%以上,棒状聚丙烯纤维混凝土抗剪强度增大幅度低于钢纤维混凝土;③两种纤维对C30混凝土抗剪强度的改善一般比C50混凝土大.最后,基于回归分析理论得到纤维混凝土抗剪强度拟合计算公式,公式计算结果与试验结果比较一致.     

掺纤维改良膨胀土的实验研究

为了研究加筋纤维对膨胀土压缩性及力学性能的影响,进行了大量的室内试验,研究了纤维的含量与对膨胀土的压缩性、抗剪性及无侧限抗压强度的影响。研究表明:聚丙烯纤维能够显著提高土体无侧限抗压强度、凝聚力和内摩擦角,也能明显降低土体线缩率和膨胀率,对膨胀土的改良有比较明显的效果。     

粉煤灰-石灰改良黄土与压实黄土强度特性对比分析

基于TSZ-3型应变控制式三轴剪切仪,在不同固结围压条件下对不同压实度粉煤灰-石灰改良黄土和压实黄土进行了常规三轴加载试验,研究了竖向加载条件下改良黄土和压实黄土的应力-应变演化关系、强度特性及其破坏方式的差异.研究结果表明:改良黄土的应力-应变曲线以软化型为主,屈服即意味着破坏;压实黄土全部为应变硬化型,可用双曲线描述,属于渐进屈服破坏.固结围压和压实度均会对压实和改良黄土的强度产生较大影响,两者之间的耦合关系共同决定黄土的强度.改良黄土的黏聚力值均远大于压实黄土,内摩擦角略微大于压实黄土;改良黄土在剪切前期强度增长较大,压实黄土的强度随着剪切变形的发展逐步发挥.三轴竖向加载条件下,改良黄土呈脆性滑移破坏形式,压实黄土呈剪缩侧胀破坏.     

棕丝改良黏性土抗开裂抗冲刷特性试验研究

通过一系列试验研究了棕丝改良黏性土的抗开裂特性和抗冲刷特性，并分析了棕丝含量对黏性土的改良效果.试验结果表明：棕丝是一种柔性纤维材料，将其加入黏性土中可有效减少土体中宽大裂隙的产生，但加入的棕丝纤维含量过多时，纤维易发生重叠，影响棕丝纤维与土颗粒之间的有效接触，降低土颗粒之间的相互作用力，使得土体产生加筋效应，表面出现细小裂纹；将棕丝纤维加入黏性土中后，棕丝纤维可均匀分散在土体中，纤维与纤维相互交织形成立体的空间结构，并与土颗粒形成团聚体，从而可提高土体的抗冲刷特性，但加入的棕丝纤维含量过多时，加筋效应产生的小裂隙反而给雨水入渗提供了引流通道，使得土体间的孔隙增加，土体的抗冲刷特性反之下降；当棕丝掺量为0.4%时，棕丝改良黏性土的抗开裂性能最优；当棕丝掺量为0.6%时，棕丝改良黏性土的抗冲刷性能最优.     

冻融循环作用下纤维增强水泥改性黄土特性

为了探究聚丙烯纤维和水泥共同改良黄土性能,通过无侧限抗压试验以及冻融循环试验,分析水泥掺量,聚丙烯纤维掺量与长度以及冻融循环次数对改性黄土无侧限抗压强度的影响.研究结果表明:改性黄土的无侧限抗压强度随着水泥掺量增多而提高,加入纤维则进一步提高其抗压强度.纤维的掺量和长度的增大会使改性黄土的无侧限抗压强度先提高后降低,聚丙烯纤维的最佳掺量为0.4%,最优长度为9 mm.水泥改性黄土经历15次冻融循环后,纤维增强水泥改性黄土经历10次冻融循环后强度损伤趋于平缓,变化幅度在3%左右.采用Lasso回归模型计算水泥-聚丙烯纤维改性黄土无侧限抗压强度回归预测模型,预测模型与试验结果吻合较好.     

黄土掺入聚丙烯纤维后的无侧限抗压强度和变形试验研究

为提高西咸新区空港新城地区黄土强度指标,设计正交试验方案L_9(3~4),研究含水率、聚丙烯纤维长度、聚丙烯纤维掺量3种因素对黄土的抗压强度和变形的影响,通过对加筋黄土的无侧限抗压强度、变形模量进行极差和方差分析,获得3种因素的影响程度和显著水平。同时设置各含水率水平下不掺加纤维的空白对照。结果表明:在设置的不同含水率水平中,聚丙烯纤维加筋黄土无侧限抗压强度改良效果不同,其中在19.5%含水率即最优含水率时改良效果最优,强度提升了2.1倍;聚丙烯纤维加筋黄土无侧限抗压强度的最优掺和长度为12 mm,最优掺量为0.5%;聚丙烯纤维的加入对变形模量的影响并不显著,变形模量变化受含水率影响较大;聚丙烯纤维长度取12 mm、掺量取0.3%时变形模量相对最优。     

玄武岩纤维加筋黄土力学性质及微观机理研究

为探究玄武岩纤维应用于黄土加筋的作用机理,本文采用三轴试验和电镜扫描试验分析了玄武岩纤维尺寸、掺量、含水率等因素对加筋黄土试样的偏应力—应变曲线、抗剪强度指标及微观结构的影响。结果表明：(1)不同纤维尺寸加筋作用下,试样偏应力—应变曲线变化趋势相似,且试样抗剪强度随掺量的增加均呈现先增加后减小的趋势,但各自所对应的最优掺量有所区别。(2)试样抗剪强度的提高主要体现在土体黏聚力的提高,内摩擦角变化不明显。(3)加筋土样中土颗粒与纤维的接触形式及纤维的受力特点与纤维的尺寸及掺量有关。(4)纤维的加筋效果由多种因素相互作用所决定,当纤维尺寸为12 mm,掺量为0.4%时加筋效果最优。玄武岩纤维合理掺加可有效增强黄土抗剪强度,改变土体微观结构。