冻融循环对剑麻纤维加筋黄土抗剪强度性能的影响.pdf
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1、文章编号:()收稿日期:基金项目:中铁第五勘察设计院集团有限公司科技研发计划项目()作者简介:莫万远()男广西合浦人高级工程师主要从事路基、岩土工程勘察及设计方面的工作:.引文格式:莫万远.冻融循环对剑麻纤维加筋黄土抗剪强度性能的影响.铁道建筑技术():.冻融循环对剑麻纤维加筋黄土抗剪强度性能的影响莫万远(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京)摘 要:为提高黄土抗冻性能及力学性能通过掺入剑麻纤维基于应力 应变、抗剪强度、内摩擦角、黏聚力等参数进行室内试验以探究不同剑麻纤维掺量及冻融循环次数对黄土强度影响规律并采用扫描电镜法研究冻融循环及纤维掺量对黄土内部结构的影响 结果表明纤维加筋黄土均表现出
2、应变软化特性随纤维掺量增加偏应力峰值呈先增加后下降趋势掺量为 时峰值应力达到最大()冻融循环初期黄土抗剪强度下降明显冻融后期黄土内部达到新的平衡状态致使抗剪强度趋于稳定冻融循环 次不同纤维掺量黄土内摩擦角变化率分别为 .、.、.、.随冻融循环次数增加不同掺量纤维黄土黏聚力总体呈下降趋势 图像显示适量剑麻纤维可减少黄土结构内部孔隙提高土体颗粒胶结度从而使黄土抗冻性能得以提高关键词:冻融循环 剑麻纤维 黄土 抗剪强度 室内试验中图分类号:.文献标识码:./.(.):.().:引言黄土作为第四系松散沉积物结构松散孔隙度高胶结作用弱以粉砂为主 但由于黄土分布区大部分属于季节性冻土区气候变化引起的冻融循
3、环对黄土内部结构及物理力学性能影响较大土壤冻结时形成的固体冰会导致土壤团聚体的分离和土壤颗粒间联系减弱进一步弱化土骨架结构最终影响黄土地区基础设施的安全运行 因此在季节性冻土区使用处理过的黄土作为填充材料时必须考虑冻融循环影响目前针对黄土改良常采用化学手段其造价低、施工方便、处理效果好的优势被广泛应用于黄土改良中 传统化学添加剂主要是利用水泥、石灰等材料改良黄土 但传统化学添加剂(水泥)生产过程中会造成大量碳排放对环境造成极大的污染 因此亟需研究一种既可替代化学添加剂又可有效提高黄土力学铁道建筑技术 ()莫万远:冻融循环对剑麻纤维加筋黄土抗剪强度性能的影响及抗冻性能的材料 近年来纤维材料以物理
4、作用加筋土壤力学性能的优势被广泛使用并显示出良好的改善效果 等人发现黄麻纤维能有效抑制冻融循环对土壤内部结构的破坏并可以控制土壤裂缝延伸 何玫玫研究聚丙烯纤维加筋黄土力学特性发现聚丙烯纤维可提高黄土内摩擦角且冻融循环后其变形能力及稳定性较素黄土有明显提高 上述研究表明纤维的掺入可有效降低冻融循环破坏对土壤强度的影响提高土壤抗冻性能剑麻纤维作为一种环保纤维材料在自然界中具有巨大的储存能力有耐磨、拉力强、韧度大等优点吴燕开利用剑麻纤维加筋黏土结果表明纤维的掺入可在黏土内部形成纤维网提高黏土无侧限抗压强度及抗剪强度 王龙威研究不同掺量剑麻纤维对砂土剪切强度的影响发现.的纤维掺量下最大黏聚力可达.上述
5、研究取得了丰富的成果但利用剑麻纤维改良黄土相关研究较少且冻融循环条件下剑麻纤维对黄土抗剪强度影响相关研究尚未见报道亟待开展 试验材料及方法.试验材料黄土取自甘肃省兰州市榆中县呈浅黄色质地均匀无明显大颗粒 其物理性能按照公路土工试验规程()进行测定结果如表 所示 剑麻纤维来自河北省外观呈白色无异味并含有一些碎屑颗粒长度约 平均直径约 含水量小于 值为.表 黄土基本物理指标天然含水率/最优含水率/最大干密度/(/)塑限/液限/.样品制备本次试验设定混合土中的纤维含量为、根据计算得到干黄土质量和纤维质量将纤维多次掺加到干黄土中进行混合 每次掺入纤维时先在干黄土表面均匀添加少量纤维然后向同一个方向搅拌
6、 直至纤维与黄土混合均匀 纤维与黄土混合均匀后重复掺入和搅拌过程 根据计算结果将蒸馏水缓慢加入混合土中同步搅拌直至均匀 将搅拌均匀的不同掺量纤维混合土密封在聚乙烯袋中静置 保证混合土中的水分均匀扩散 将制备好的土样分 次装入模具中(高度为 直径为.)压实系数设为.图 高低温试验箱.试验方法.冻融循环使用 高 低温试验箱完成冻融循环(见图)冷冻和解冻温度分别设置为 和 且冷冻和解冻时间均为 冻融循环次数分别设定为、次以探究不同冻融循环次数对混合土内部结构及强度的影响.三轴剪切试验试样经过不同冻融循环次数后利用.三轴仪进行固结不排水三轴剪切试验围压分别设定为、固结完成后围压不变以./剪切速率对试样
7、进行剪切当试样轴向应变达到 时终止试验 三轴剪切试验按照土工试验方法标准(/)的要求完成.黄土微观结构与其宏观力学性质密切相关 为分析剑麻纤维加筋黄土在冻融循环作用下宏观力学性能变化机理将试样切成直径为 的切片并进行喷金处理使用 扫描电镜放大 倍获取不同掺量剑麻纤维结构微观形貌 结果与讨论.应力 应变研究应力 应变可以探究冻融循环对不同纤维掺量加筋黄土力学性能的影响 图 和图 为围压在、条件下纤维加筋黄土冻融循环后应力 应变曲线铁道建筑技术 ()莫万远:冻融循环对剑麻纤维加筋黄土抗剪强度性能的影响图 黄土应力 应变曲线()图 黄土应力 应变曲线()从图 和图 可以看出冻融循环 次的纤维加筋黄土
8、均表现出应变软化特性 在 围压下纤维加筋黄土的应变软化特性较强在 围压下不同冻融循环后纤维加筋黄土的应变软化特性减弱 这与 等研究结果相似即随围压增加土壤应变软化特性减弱同时随围压增加冻融循环对纤维加筋黄土应力 应变曲线影响减弱 在 围压下不同冻融循环次数对剑麻纤维掺量为 和 的应力 应变影响较小原因为较低掺量的剑麻纤维与素黄土的内部结构较为稳定且较低掺量的纤维在黄土内部无法有效形成“纤维网”加强颗粒胶结 但随着剑麻纤维掺量增加不同冻融循环次数对黄土应力 应变影响较大 纤维掺量为、时不同冻融循环次数的黄土偏应力峰值分别降低(平均值).、.、.破坏应变最大值分别为.、.和.说明在冻融循环过程中纤
9、维表面蒸馏水的相变会影响纤维与黄土颗粒界面相互作用纤维表面固体冰的形成可能导致孔隙水从附近的未冻结区域迁移到纤维表面使纤维表面区域含水量增加从而影响水分在纤维 黄土颗粒界面中的润滑作用 受冻融循环作用会进一步影响黄土内部结构宏观上表现出不同冻融次数下应力 应变具有较大变化 而在 围压下变化幅度明显减少表明围压会使黄土颗粒紧密排列减少孔隙和裂缝并抑制冻融循环对土骨架的损伤 随纤维掺量增加偏应力峰值呈先增加后下降趋势掺量为 时峰值应力达到最大()适量纤维可以穿插黄土内部孔隙减少孔隙体积且纤维自由弯曲可以阻碍颗粒发生相对位移提高土体强度 但过量纤维()的掺入易导致纤维在土体内部发生“纠缠”现象致使土
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