基于复合式加筋改良方法的软塑性黏土性能研究

摘要

随着土工合成材料的发展,加筋土技术已经应用于挡土墙、堤坝、护坡、水利、环境等工程领域。根据现阶段对加筋土填料的研究,表明只有砂性土才能充分发挥筋材与土界面之间的摩阻力,从而增强土体强度、提高土体的稳定性,起到显著的加筋效果。因此,现阶段加筋土设计仍严格要求采用砂土作为填料。但众所周知,在我国很多地区砂土匮乏,在很多实际工程中想找到既符合填筑要求、又充分发挥加筋作用的填料是一件非常困难的事。因此,考虑到工程成本,并本着保护环境、珍惜土地资源的原则,很多工程必须采用一些工程技术领域中较为敏感的填料,如黏性土或软塑性黏土等。但是,目前对于土工合成材料加筋黏性土的试验研究很少,其加筋作用机理仍不明朗。实践证明,直接以黏性土或者软塑土作为填料的加筋土结构的加筋效果并不明显,甚至处理不当会存在潜在的危险。因此,对于性质敏感的黏性土,应用于加筋土工程的处理方法及作用机理有待于深入探讨。
　　本文从一种软塑性黏土(简称:软塑土)出发,研究了软塑性黏土的改良和加筋方法,提出一种新型的加筋、固化相结合的复合式改良方法,以使工程既能够就地取材又可以保证工程安全。首先通过三轴试验研究石灰和聚丙烯纤维对软塑土性能的改善机理,研究对软塑土的改良、加筋方法,并通过对比不同工况下土体的力学指标,确定最优的复合式改良处理方案。然后,通过三轴剪切试验研究改良软塑土的加筋机理及其破坏模式。最后,通过一种基于 FLAC的数值模拟方法对一个假想的事例进行分析,研究该复合式加筋改良方法用于地基加筋改良的可行性并评估其效果。主要研究内容包括:
　　①确定出复合式加筋改良方案。在软塑性黏土中分别加入石灰和不同比例的聚丙烯纤维进行改良。试验表明,石灰可以提高土体的强度,但增加了土体的脆性;聚丙烯纤维在改良土体的延性方面有很好的效果,对土体的强度提高不大。因此,将二者结合提出复合式加筋改良方法,即在软塑土中同时加入石灰与不同比例的聚丙烯纤维。具体工况为:分别将0％、0.05％、0.15％、0.25％质量比的聚丙烯纤维加入到三七灰土中。通过三轴试验研究改良后土体的抗剪强度和变形破坏特征,试验结果表明,在三七灰土中,加入0.25％质量比的聚丙烯纤维,土体的强度和韧性均有理想的改良效果,为最优改良方案。
　　②研究改良后土体的加筋性能。分析加筋土三轴试验方法的问题点,根据加筋材料的拉伸力学特性选择合理的用于三轴试验的的加筋材料(文中筋材选用铝箔),然后对改良后的土样进行加筋。通过三轴试验定量地评价层状加筋土的加筋效果并研究土体的加筋性能。试验结果表明,铝箔筋材的加入有效的限制了土体的侧向变形,进一步提高了土体的强度。
　　③数值模拟。通过事例分析,将改良后的土体运用于地基处理中,用FLAC3D进行模拟。模拟结果表明,与改良前相比,改良后的地基承载力大幅提高,沉降变形明显降低。又分别在土体改良前后采用土工格栅进行加筋,模拟结果显示,与改良前相比,改良后土体的加筋效果更明显,承载力提高幅度大,沉降变形小,筋材有效限制了滑裂面的产生。由此可见,筋材对改良后的土体充分发挥了加筋作用。因此,复合式加筋改良方法适用于加筋土工程。