冻融循环作用下纤维黄土的力学性质试验研究

摘要

纤维加筋土是一种复合土，将纤维和土两者按照比例进行均匀混合，使其物理力学性质得到提升。我国西部处于季节性冻土地区，冻融循环作用对建筑物的稳定形成威胁，将影响工程的正常使用和安全运行。本文以西安黄土为研究对象，将聚丙烯纤维作为加筋材料对黄土进行改良，通过室内试验探究纤维掺入比、纤维长度、冻融循环次数等因素对纤维黄土强度及应力应变关系的影响，对西部季节性冻土地区实际工程建设具有一定理论指导意义。 对不同纤维掺入比（0%、0.2%、0.4%、0.6%)、不同纤维长度（6mm、9mm、12mm)的纤维黄土在冻融循环0次、1次、3次、6次之后，进行常规三轴剪切、直接剪切和无侧限抗压强度等室内试验，研究不同因素下纤维黄土经历冻融循环作用之后的力学、强度特性以及变形规律。得到以下结论: (1)在固结排水三轴剪切试验中，在经历不同冻融循环次数之后，随着围压的增大广义剪应力也是增大的，应力应变曲线为硬化型；在纤维掺入比为0.6%、纤维长度为9mm时，加筋效果最优；经历冻融循环之后，纤维黄土的粘聚力出现下降，而内摩擦角呈增大趋势。在各因素下纤维黄土的加筋效果系数值都大于1,表明纤维使土体的强度得到提升并且约束了变形。 (2)通过直接剪切试验，在经历不同的冻融循环次数之后，在纤维掺入比0.6%、纤维长度9mm时，抗剪强度、粘聚力最大，内摩擦角规律不明显。随着含水量（15%、18%、21%)的增加抗剪强度参数减小；随着冻融次数的增加粘聚力出现降低而内摩擦角出现小幅度增长，但是幅度较小。 (3)结合无侧限抗压强度试验，通过素黄土和纤维黄土对比发现，在经历冻融循环作用之后，纤维黄土的强度和变形要优于素黄土，说明纤维可以抵御冻融循环作用和变形，其应力应变关系曲线呈现软化型，在纤维掺入比为0.4%、纤维长度为9mm时抗压强度值最大。 (4)基于常规三轴剪切试验得到的结果，整理得到邓肯-张模型的具体参数，研究参数随着纤维掺入比和冻融循环次数的变化规律，结果表明K、n、G、F、Kb、m变化规律明显。建立冻融循环作用下邓肯-张模型参数的变形趋势模型，进一步证实纤维提升了黄土的强度和整体变形稳定性，得到拟合方程为数值模拟提供理论支持。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1加筋土研究现状

1.2.2纤维土研究现状

1.2.3纤维加筋土抗剪强度研究现状

1.2.4纤维加筋土补强机理研究现状

1.3冻融循环研究现状

1.4本文的主要研究内容

2试验方案及方法

2.1试验材料

2.1.1击实试验

2.1.2试样的制备

2.2试验设计

2.2.1三轴试验方案及方法

2.2.2直剪试验方案及方法

2.2.3无侧限抗压强度试验方案及方法

2.3本章小结

3冻融循环对纤维黄土三轴剪切强度的影响

3.1概述

3.2各因素对应力应变特征的影响

3.2.1围压对应力应变特性的影响

3.2.2纤维掺入比对应力应变特性的影响

3.2.3纤维长度对应力应变特性的影响

3.2.4冻融循环次数对应力应变特性的影响

3.3各因素对破坏强度的影响分析

3.3.1纤维掺入比的影响

3.3.2纤维长度的影响

3.3.3冻融循环次数的影响

3.4各因素对抗剪强度指标的影响分析

3.4.1纤维掺入比对粘聚力的影响

3.4.2纤维长度对粘聚力的影响

3.4.3冻融循环次数对粘聚力的影响

3.4.4纤维掺入比对内摩擦角的影响

3.4.5纤维长度对内摩擦角的影响

3.4.6 冻融循环次数对内摩擦角的影响

3.5加筋效果分析

3.6建立冻融循环作用对强度参数的损伤模型

3.7破坏形态分析

3.8加筋黄土的强度形成机理及冻融循环作用下的强度衰减机理

（一）加筋黄土的强度形成机理

（二） 冻融循环作用下强度衰减机理

3.9本章小结

4冻融循环对纤维黄土直剪强度影响研究

4.1概述

4.2各因素对抗剪强度的影响分析

4.2.1纤维掺入比对抗剪强度的影响

4.2.2纤维长度对抗剪强度的影响

4.2.3含水量对抗剪强度的影响

4.2.4冻融循环次数对抗剪强度的影响

4.3各因素对抗剪强度参数的影响分析

4.3.1纤维掺入比对抗剪强度参数的影响

4.3.2纤维长度对抗剪强度参数的影响

4.3.3含水量对抗剪强度参数的影响

4.3.4冻融循环次数对抗剪强度参数的影响

4.4本章小结

5冻融循环对纤维黄土无侧限抗压强度试验影响研究

5.1概述

5.2各因素对应力应变特征的影响分析

5.2.1掺入比对应力应变特征的影响分析

5.2.2纤维长度对应力应变特征的影响分析

5.2.3冻融循环次数对应力应变特征的影响分析

5.2.4冻融循环对损伤度的影响分析

5.2.5破坏形式

5.3本章小结

6冻融作用下纤维黄土非线性模型试验研究

6.1概述

6.2非线性E-μ模型

6.2.1 E-μ模型参数的确定

6.2.2冻融循环作用下E-μ参数的变化规律

6.3非线性E-B模型

6.3.1 E-B模型参数的确定

6.3.2冻融循环作用下E-B参数的变化规律

6.4本章小结

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献