軟弱土改良技術(shù)是巖土工程領(lǐng)域的研究重點(diǎn),對結(jié)構(gòu)物的安全與穩(wěn)定意義重大。纖維加筋土是一種相對新型的軟弱土改良技術(shù),具有改良效果顯著、工程造價低、施工方便和綠色無污染等優(yōu)點(diǎn),已被成功應(yīng)用于路堤、擋土墻、基礎(chǔ)和邊坡防護(hù)等工程中。然而,纖維加筋土技術(shù)的文獻(xiàn)綜述表明,纖維加筋膨脹土的抗剪強(qiáng)度特性影響機(jī)理尚不清晰,且現(xiàn)有的纖維加筋土本構(gòu)模型大多無法考慮纖維與土界面相互作用效應(yīng)的演化規(guī)律。本文的研究目的為:(1)檢驗(yàn)采用隨機(jī)分布離散短黃麻纖維改良合肥膨脹土的變動強(qiáng)度特性的可行性;(2)明確纖維含量、纖維長度、纖維分布形式、制樣參數(shù)(干密度和含水率)對黃麻纖維加筋膨脹土抗剪強(qiáng)度特性的影響效應(yīng)及其作用機(jī)理;(3)建立考慮纖維與土界面相互作用效應(yīng)演化規(guī)律的纖維加筋土本構(gòu)模型。為此,本文進(jìn)行了以直剪和三軸壓縮試驗(yàn)為主的室內(nèi)試驗(yàn)、本構(gòu)模型理論推導(dǎo)以及本構(gòu)模型預(yù)測能力的試驗(yàn)驗(yàn)證。室內(nèi)試驗(yàn)研究結(jié)果證實(shí)了采用隨機(jī)分布離散短黃麻纖維改良合肥膨脹土變動強(qiáng)度特性的可行性。纖維含量和纖維長度在提高土體抗剪強(qiáng)度特性方面具有最優(yōu)值,其微觀機(jī)理在于過高纖維含量和過長纖維會導(dǎo)致纖維間的扭結(jié)和纏繞,從而抑制甚至降低纖維加筋增強(qiáng)效應(yīng)的發(fā)揮。纖維分布形式以控制有效纖維內(nèi)拉應(yīng)力大小的方式?jīng)Q定著纖維加筋土抗剪強(qiáng)度特性的提高幅度。制樣參數(shù)(含水率和干密度)對纖維與土的接觸效應(yīng)影響顯著,纖維與土顆粒間的有效接觸面積及其界面摩擦系數(shù)是制樣參數(shù)影響纖維加筋增強(qiáng)效應(yīng)的微觀機(jī)理�；趯�(yīng)力疊加法和能量均化技術(shù)相結(jié)合的思想,建立了各向異性分布纖維加筋土本構(gòu)模型,其基本假設(shè)為:有效纖維在整個加載過程中處于彈性工作階段;有效纖維在纖維與土界面上的局部滑移控制著纖維加筋土破壞前的本構(gòu)行為,而破壞后的本構(gòu)行為由纖維的完全拉出控制。將纖維加筋土看成由修正劍橋模型土相和線彈性纖維相組成的復(fù)合材料,基于應(yīng)變增量協(xié)調(diào)、應(yīng)力增量疊加的原理,得到了表征纖維加筋土破壞前應(yīng)力和應(yīng)變間增量關(guān)系的彈塑性剛度矩陣�；诶w維加筋土破壞時有效平均正應(yīng)力和偏應(yīng)力的能量耗散率與外力功率的平衡關(guān)系,建立起了纖維加筋土宏觀破壞準(zhǔn)則。本構(gòu)模型預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比分析表明,本研究所建立的纖維加筋土本構(gòu)模型可較為準(zhǔn)確地反映出不同纖維含量下纖維加筋土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、抗剪強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度參數(shù)和體應(yīng)變行為的關(guān)鍵特征。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU43
【部分圖文】：

Ｋｍ邐ｉｍ逡逑媝邐４ｋ＿４逡逑（ｃ）膨脹土干縮〕｜：裂邐（ｄ）地下室墻位移過大（２２．８６ｃｍ）逡逑圖１．２膨脹土分布及其危害逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｅｘｐａｎｓｉｖｅ邋ｓｏｉ！邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ａｎｄ邋ＵＳ邋ａｎｄ邋ｄａｍａｇｅ邋ｅｘｐａｎｓｉｖｅ邋ｓｏｉｌ邋ｍａｙ邋ｃａｕｓｅ逡逑１．２課題的研究現(xiàn)狀逡逑１．２．１纖維加筋土技術(shù)逡逑纖維加筋土是為改善土體工程特性而將一定含量的離散短纖維與土體隨機(jī)均逡逑勻拌合所形成的一種土工復(fù)合材料。在這種復(fù)合材料的受荷變形過程中，抗拉強(qiáng)逡逑度較高的纖維和抗壓強(qiáng)度較高的土體共同作用，優(yōu)勢互補(bǔ)。一方面，土體中的剪逡逑應(yīng)力通過纖維與土界面的摩阻力和咬合力作用使纖維受拉，產(chǎn)生拉應(yīng)力；另一方逡逑面，纖維中的拉應(yīng)力反過來通過纖維與土界面的摩阻力和咬合力作用消耗部分土逡逑體剪應(yīng)力，從而提高了土體的強(qiáng)度［２４＿２５］。逡逑纖維加筋土技術(shù)的思想起源于距今５０００多年前的古代。古代富有智慧的勞動逡逑人民受啟發(fā)于自然植被可加固邊坡、防止雨水沖刷的自然現(xiàn)象［２６＿３Ｇ］，將茅草、蘆逡逑葦、稻草、竹條和柳枝等自然纖維與土體拌合來建造房屋、道路、橋梁、堤壩和逡逑廟塔等。例如，陜西半坡村仰韶遺址屮很多簡單房屋的墻壁和屋頂都是利用茅草逡逑和土制成的草

依據(jù)土工試驗(yàn)規(guī)程［１８１］，對取回的土樣進(jìn)行了密度、含水率、界限含水率、比重、逡逑自由膨脹率、擊實(shí)和顆粒分析等一系列基本土力學(xué)試驗(yàn)。土力學(xué)試驗(yàn)測定的所用逡逑合肥膨脹土基本物理力學(xué)參數(shù)如表２．１所示；粒徑級配曲線如圖２．１所示。逡逑表２．１合肥膨脹土的基本物理力學(xué)參數(shù)逡逑Ｔａｂｌｅ邋２．１邋Ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ａｎｄ邋ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋Ｈｅｆｅｉ邋ｅｘｐａｎｓｉｖｅ邋ｓｏｉｌ逡逑天然狀態(tài)邐比邋自由邐阿太堡界限（％）邐擊實(shí)試驗(yàn)逡逑最優(yōu)邐最大逡逑性質(zhì)密度含水率邋重膨脹率塑限液限塑性指數(shù)逡逑含水率邐干密度逡逑ｇ／ｃｍ３邋％邐Ｇｓ邋％邐Ｗｐ邋Ｗｌ邐ＩＰ邐Ｗ0ｐ邋（％）邋ｙｍａｘ（ｇ／ｃｍ３）逡逑取值邋２．６９邐２１．３邐２．６９邐５３邐２０．１邐４２．７邐２２．６邐１８邐１．７２逡逑１００Ｊ邐：邐—邐邐邋：N逡逑，r2：二逡逑色邋８０邋邐￣￣ｔ丨＾邐￣邐：邐逡逑Ｓ邋７0－｜｜ｔｆｎ￣ＴＦｌｉ邋ｉ逡逑５邋６0：�。欤В欤簦儒澹颉矗欤义�？５。］邋ｉ邐４邋邯宇逡逑Ｋ：二二二：二＝＼邋－逡逑＾邋一邋：［二二二—逡逑２０＼逡逑１０＿—邐邐邋邐ｉ邋ｌｉｎｉｉｉ邋ｉＩｈｌ邋ｉ邋ｉ邋；邋＼ｊｉ邋ｉｉ逡逑■邋－————邋－逡逑0逡逑１０１邋１０°邋１０＇１邋１０＇２邋１０＇３逡逑土粒粒徑（ｍｍ）逡逑圖２．１合肥膨脹土的顆粒級配曲線逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｇｒａｉｎ－ｓｉｚｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｈｅｆｅ

廣泛的天然纖維之一，素有“黃金纖維”之稱。在所有的自然纖維種類之中，黃逡逑麻纖維具有最高的抗拉強(qiáng)度，且可抵抗碾壓和高溫。黃麻纖維所具有的優(yōu)良特性逡逑使得其在土體改良領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用［１２５，邋｜８２＿１８３］。圖２．２為黃麻纖維在逡逑不同尺度下的照片。由制造商提供的黃麻纖維化學(xué)組成成分及其基本物理力學(xué)性逡逑質(zhì)分別如表２．２和表２．３所示。逡逑９b\0逡逑ＩｆｉＰｌ逡逑（ａ）黃麻植物邐（ｃ＞黃麻纖維ＳＥＭ照（２５０倍）逡逑圖２．２不同尺度下的黃麻纖維照片逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｊｕｔｅ邋ｆｉｂｅｒ邋ｏｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｓｃａｌｅ逡逑表２．２黃麻纖維的化學(xué)組成成分逡逑Ｔａｂｌｅ邋２．２邋Ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｊｕｔｅ邋ｆｉｂｅｒ逡逑成分邋纖維素半纖維素木質(zhì)素灰分果膠蠟質(zhì)邋水分逡逑含量（％）邐６１－７１邐１３．６－２０．４邐１２－１３邐０．５－２邐０．２邐０．５邐１２．６逡逑１７逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2826078