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1、高压缩性纤维加筋粘土的抗压强度Arvind Kumar a,*, Baljit Singh Waliab,Jatinder Mohanba印度国家技术学院土木工程系Jcilandhar, Punjabb印度GM）工程大学土木工程系Ludhiana摘要掺合料和土工格栅在实践中经常使用于稳定土壤来提高其承载能力。在这项 研究中，用聚酯纤维混合的软粘土经过无侧限抗压强度测试来研充其相对强度的 增加条件。样品用0%, 0. 5%, 1%, 1.5%和2%的普通和卷曲的聚酯纤维进行无侧 限抗压强度测试。验证试验进行了初步的重复性试验,从而获得结果。结果表明， 压实度影响着以纤维为主要的加筋土壤的相对强度
2、。压实的样品混合不同比例后, 对混合粘土砂（从0%到12%的粘土）进行了测试。结果表明，当纤维被加入粘土 -砂混合物，粘土的无侧限抗压强度随纤维的加入而进一步增加。验证试验表明， 虽然纤维是随机取向的，但测试结果可以以合理的结论再现。关键词：压缩；纤维增强；边坡灾害1 .简介加固和稳定的应用范围从复杂边坡灾害的防治到提高路基的稳定性都有体 现。随着许多土壤改度的应用，有些广泛的不同的方法。随机取向的混合纤维对 土体质量的作用可能被认为是类似于其他用于稳定土的外加剂。纤维加固所使用 的材料可能来自于纸张，金属，尼龙，聚酯和其他有着各种物理性质的材料。许 多研究人员通过三轴试验进行了强度试验，无侧
3、限抗压强度试验，CBR试验，直 接剪切试验，拉伸强度和弯曲强度试验随机分布纤维的一个主要优点是 潜在软弱面缺失平行发展的导向筋。5在粒状土中，金属条和纸张也被用作于增强材料好几年。目前发表的大多数 文献主要是关于随机取向纤维怎样加固处理那些材料主要是粘性土加固粒状状 o Lawton等8讨论典型的土工合成材料的多导向的夹杂物应用于渥太华砂 和粉砂的好处。他们称这些多导向的元素为插座。他们还检查和比较金属插座加 筋土与聚丙烯纤维增强土。通过对土壤样品进行三轴和CBR钢筋金属插孔试验,他们发现儿个区别钢筋效益的特征。通过比较与本研究相关的资料，纤维加筋土 需要一定量的变形来加强增益的实现8。他们观
4、察到，由于弹性性质比较大， 细长的纤维，大量的渗透（通常大于2.5 mm）需要调动来实现加固效果。在强力 的穿透（大于14mm）纤维增强土壤比插孔加筋土提供了更大的阻力.拉应力作用，抗拉强度，主要是纤维反应的剪切变形。而这种变形的形式可 以是拉伸，滑动，或破坏5。由大多数的研究适用表明，随机分布的纤维增强 土壤（RDFS）都集中在粒状土，且拔出，或滑出的可能性非常高。在任何给定的 破坏区的纤维中，却很难确定其中的数量10 o 一些作者发现在统计的理论模型 中接触的纤维处发生剪切破坏5, 10。典型的假设随机取向分布纤维包括：纤维 被互相存放在一堆；纤维在任何复杂材料的任何部分具有相等的概率出现
5、；纤维 有同等的概率与任意选择的固定轴产生任意角度5 o随着纤维长度的增加，剪切的增强；强度很快达到极限水平2。假设充分 调动纤维抗拉强度这一增长远低于预期值。纤维长度对应的极限剪切强度远小于 所需的抗拉强度充分调动的纤维。这就意味着，纤维较长或造成更多的摩擦将不 保证其充分调动抗拉强度。控制的条件是夹杂物的断裂应变应大于未加筋土的拉 伸应变。目前发表的大多数文献主要是关于随机取向纤维怎样加固处理那些材料主 要是粘性土加固的粒状土。这表明滑移更容易出现在剪应力最大处。Ranjan等 人。10也考虑到土与纤维的粘结强度来研究着不同粒径之间的关系。他发现细 砂的粒径显著大于纤维的粘结强度，因此他们
6、与粗粒土滑移条件相比，不太可能 发生滑动。粉砂，比细砂更小，也许能与纤维实现更强的粘结。Leung提供了纤维键强度的导出。他的研究集中在从两种矩阵理论都失败的 纤维“松解”中。他报告这两种模式的失败，骨料断裂和基于力量，既可以发生 在一个给定的试件，但又可能会有不同程度。根据骨料断裂的失效，脱胶区作为 一个裂缝，延长了沿纤维基体界面的关键韧性。在基于强度的方法中，他得出的 结论是，脱胶发生时，剪切应力达到纤维基体的屈服剪切强度o Leung19认为， 两种模式的失败只能在一个给定的材料中以不同的尺寸或体积的纤维通过一个 测试程序来区别。他的研究只限于奇特的纤维，预定的取向，以及在砂浆岩基和 环
7、氧树脂中。他的理论是通过压实不同密度的土壤，再从经验方程推导出合理的 值，以及随机纤维的取向，因此，不完全适用。努力测试范围广泛的标本，和发 展实证关系的阵列，将可能提供更适合RDFS的设计的信息。本研究适用土壤和纤维，比大多数重点在土壤纤维的相互作用的提供了更强 的纤维-土壤粘结。因此，进一步通过压实度的控制，认为纤维滑移的次数是有 限的。那就是为什么在一些比例混合后进行砂提高土的最大干密度的试验的原因。 样品与0%, 0.5%, 1%,和2%的普通的或卷曲的聚酯纤维的无侧限抗压测试。结 果表明，粘土-土和粘土-砂混合物的极限强度会有所增加。2. 使用材料本研究中使用的土壤是淡褐色的粘土，根
8、据统一土壤分类系统，被列为CHo塑料和液体的限制分别测量为28和52的土壤。通过标准击压实线与压实试验表 明，干燥土壤单位重量水分含量（0MC）约为16. 2%,最大约17. 66 kN/m根据 统一土壤分类系统，用于掺入粘土的细砂分为SPo其它物理性质的沙在试验室 测定是有效尺寸（D10） =0. 10,均匀系数（Cu） =2.65,平均比重（Gs） =2.65,最 大孔隙比（egx）二0.898,最小孔隙（F）=0.55。聚酯纤维的尺寸有3mm, 6mm和12mm。产品对聚酯纤维的规格如下:纤维的物理和工程性质：类型涤纶（合成）切割长度3, 6, 12mm普通和6mm卷截面直径三角形30-
9、40 um拉伸伸长率100%比重1 X 34 - 1 X 40抗拉强度400-600 N/W颜色白色特殊性质。尽管聚酯纤维与粘土粘结在一起，但由于更好的典型的三角形截 面，表明摩擦还是相对较小。3. 测试步骤本次调查的范围是研究添加聚酯纤维在高压缩性土上的强度特性和最大干 密度和OMC。为了量化由于增加的细砂对力量的提高而引起的纤维强度的增加量。 原土与聚酯纤维的强度通过一系列的无侧压缩确定试验得出。在最大干容量的制 备中，试验对土壤样品进行标准试验方法和优化确定来得出水分含量。曾对无筋 土样品（0%纤维）进行了测试，每组样品制备与测试0. 5%, 1%, 1.5%, 2% （以干 土重）的聚
10、酯纤维。验证进行试验以检验 重复性试验。3.1.试件准备在本次研究中，所有被测试的标本是38mm直径与76mm高。样品的制备致111716(汶)-B-etejHtUiMd -4-eUyHg心25水含量（%）图1干密度含水量V / So性被认为重要。为了准备标本，湿润的土壤和纤维混合物被压缩成相等的三层。 在密实模具中的土壤前，模具中应铺满被润滑的铜版纸，为了减少样品在取出时 断裂的可能性。密实工作要一直进行直到土壤各部分被填充进模具的修剪高度。 在压实层中，压实的表面被擦亮来使各层合理的结合。在从每个模具中取出样品 后，应立即修剪到所需高度。任何粘在样品顶部和底部的聚酯纤维通过剪刀修剪。5砂含
11、量(勺(e、nh)翅强出蚯管尝R顾(、至)朗摩出坂竖一尝代o phn fiber -phm flbet - i2mn erased flbf 6imi纤维(%)图2砂含量对无侧限抗压强度的影响图3纤维含量对无侧限抗压强度的影响3. 2.强度试验在有或没有纤维的情况下，通过无侧限抗压强度测定土的强度特性。整个测试程序，应变率保持在0.5%每分钟不变。(enx)迪强出猊姿虱旧纤维(%)图4 10%砂和不同切割长度的聚酯纤维混合对单轴抗压强度高压缩性土的影响130o pitta fiber - turn f plem fttxr 12m*- 6lW00ao1*珊号舞知理土竖鉴BK图5显示高压缩性粘土
12、混合聚酯纤维在UCS I.增加的百分比4. 结果与讨论正如上述所讨论的，一些有或无聚酯纤维的土壤样品，对高压缩粘土-涤纶NIWS裂近理质垢竖WK纤维混合物和粘土砂混合聚酯纤维进行了强度测试研究。140纤维(%)图6可压缩粘土聚酯纤维与10%砂混合在UCS增加的百分比图1显示了在高度压缩粘土和砂含量从0%到12%的粘土砂混合物上进行的 击实试验结果。进行这些试验是确定0MC和用于制备圆柱试件的最大干密度 (MDD) o曲线表明随着高压缩粘土中砂的含量增加，0MC降低和MDD的增加。图 2显示0%纤维和0T2%砂含量的样品的无侧限抗压强度。进行这些试验为了建立 土壤基础的力量，以至于随着聚酯纤维的
13、增加，来估计强度的变化。从图2可以 很明显的看出在砂含量达10%时，可压缩性粘土强度达到峰值。进-步加砂量, 强度开始降低。在砂含量增加后，强度开始降低，可能是由于发展摩擦系数，并 没有在图中显示，而进行了 UCS试验。因此，UCS试验是在砂含量大于10%的粘 土+聚酯纤维上进行的。学监压实试验证实在混合不同表现的纤维土（0.5-2%的 干土）和纤维夹杂物后，对OMC和MDD的影响是很小的。图3显示了在各种切割长度聚酯纤维夹杂物对UCS的高度可压缩的以不同 比例混合的粘土（0.5%, 1%, 1.5%, 2%）的影响。图4显示了 10%砂和不同切割 长度的聚酯纤维的以不同比例混合（0. 5%,
14、 1%, 1.5%和2%）对单轴抗压强度高压 缩性土的影响。明显的，图3和图4清楚地显示了 3mm, 6mm （普通和卷曲）和 12mm的纤维强度增加到了峰值。图7图示松散的纤维图5显示高压缩性粘土混合聚酯纤维在UCS上增加的百分比。随着3mm大小 的纤维与0. 5%-0. 2%的夹杂物混合，强度在逐步增加。在6mm （普通和卷曲）和 12mm纤维的情况下，增加超过100%。从曲线町以推断出6mm普通纤维夹杂物为 2%或12mm普通纤维夹杂物1%或6mm卷曲纤维夹杂物1. 5%的高度可压缩粘土的 强度几乎都增加100% （193-395kN/m2）。图6显示了可压缩粘土聚酯纤维与10%砂混合在
15、UCS高度增加的百分比。强 度的增加是 79 - 96% （基地土 243 kN /m2+ 10%砂强度）或 125 - 146% （193kN/m2 的粘土基强度）与0. 5 - 2%的3mm大小的纤维包裹。150的增长-185%（ 193kN/m2 的粘土基强度）在6mm （普通和卷曲）和12mm纤维的情况下。从曲线可以推断， 夹杂物2%, 3mm或6顾的普通纤维或6nun普通纤维，夹杂物为0. 5%的，抗压强 图8图示测试后的纤维土试件度增加了约150% （193 kN /n?的粘土基强度）和6mm, 2%夹杂物的普通纤维或6mm 的卷曲的纤维，夹杂物1.5%或1%夹杂物，12响普通纤维在高压缩性粘土下混合 10%砂含量,增加强度几乎为180% （193 - 545kN/m2） o松散的纤维和纤维土试件测试后分别如图7和8所示。试件的破坏形式可能 对以后的进一步分析研究有帮助。5. 总结从研究中可以得出下列结论：1. 在高度压缩粘土中夹杂聚酯纤维，则UCS有显著增加。夹杂物为0.5-2% 3mm 大小的纤维，增加的强度是50-68%。当纤维是6顾（普通或卷曲）和12mm的 情况时，增加70-115%o强度随着纤维的比例加大而增加。2. 在高度压缩粘土中，随着加入含有10%砂的聚酯纤维，
