因填土荷载过大或地基承载力不足,工程建设中易出现软基沉降、道路加宽差异沉降、挡土墙失稳等工程难题。EPS(Expanded Polystyrene)颗粒轻质土轻质、高强,作为填土材料,可减轻上部填土荷载,为工程问题的解决提供一种新的技术手段;还可消纳废弃泡沫EPS,兼顾环境保护问题,其研究工作具有重要的现实意义。EPS颗粒弹性好,与土的性质差异大,EPS颗粒轻质土的破坏具有松散破碎现象,表现为突然崩解的脆性破坏,制约了EPS颗粒轻质土的广泛应用,性能更佳的纤维EPS颗粒轻质土成为研究新方向和热点。本文以改性聚丙烯纤维为加筋材料,制备了纤维EPS颗粒轻质土。通过系列室内试验,对其物理力学特性进行了系统的研究。主要内容包括:(1)纤维EPS颗粒轻质土的密度特性。密度主要受EPS颗粒掺入比影响,EPS掺入比增大,密度非线性减小,调节密度最有效的措施是改变EPS颗粒掺入比。建立了密度模型,通过试验验证了模型的合理性。(2)纤维EPS颗粒轻质土的强度特性。通过无侧限抗压强度试验,得到了EPS和水泥掺入比是强度的主要影响因素,纤维掺量影响其次,最佳纤维掺量为0.3%;建立了强度经验公式。(3)纤维EPS颗粒轻质土配合比设计方法。在建立了密度、强度经验公式的基础上,提出了配合比设计方法;引入比强概念,提出了配合比方案优化方法。(4)纤维EPS颗粒轻质土强度机理研究。通过XRD(X射线衍射)试验、SEM(扫描电镜)试验,研究了轻质土的物质成分、内部结构特性,揭示了纤维EPS颗粒轻质土的强度机理。(5)纤维EPS颗粒轻质土的变形特性。(a)通过无侧限抗压强度试验,对比研究了无纤维轻质土和纤维轻质土的单轴应力-应变特性、破坏形态。纤维增强了轻质土的整体性和韧性,改善了轻质土性能。建立了变形模量与抗压强度的关系,分析了试样无侧限压缩破坏形态。(b)通过固结试验,研究了纤维EPS颗粒轻质土的压缩特性。探讨了固结理论常规分析方法引用到轻质土上的合理性,提出e-p曲线、e-logp曲线不适合描述纤维EPS颗粒轻质土,用ε-p曲线、ε-logp来代替。提出纤维EPS颗粒轻质土是一种结构性土,压力小于结构屈服应力时,压缩性很小。分析了结构屈服应力Py、压缩模量Es1-2的变化规律,探讨了沉降-时间关系。(c)通过三轴固结不排水(CU)试验,研究了纤维EPS颗粒轻质土的应力-应变-孔压特性。应力-应变关系有应变硬化、应变软化两种类型,取决于试样内部胶结结构与围压,配比是内因,围压是外因。孔隙水压力也与试样内部胶结结构、围压密切相关;分析了孔压系数的变化规律。(d)通过三轴固结排水(CD)试验,研究了纤维EPS颗粒轻质土的应力-应变-体变特性。与三轴CU试验一样,应力-应变关系也有硬化与软化两种类型,体变分为剪胀、剪缩,与试样内部胶结结构与围压密切相关。(6)纤维EPS颗粒轻质土抗剪强度特性。通过三轴CU试验、三轴CD试验,系统研究了纤维EPS颗粒轻质土的破坏取值标准、强度包线、强度参数、破坏形态。分析了破坏取值标准,强度参数与配比之间的关系。(7)纤维EPS颗粒轻质土本构特性的研究。提取了纤维EPS颗粒轻质土的Duncan-Chang模型参数,计算出应力-应变-体变特性的理论曲线,与实测值进行对比,验证了Duncan-Chang本构模型分析纤维EPS颗粒轻质土具有一定的适用性。本文主要创新点:(1)在建立了密度、强度经验公式的基础上,提出了配合比设计方法及优化方法。(2)研究了纤维EPS颗粒轻质土的微观特性,揭示了强度机理。(3)系统研究了纤维EPS颗粒轻质土宏观力学特性及规律。