聚丙烯纤维改良风积沙力学与工程特性试验研究

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沙漠地区分布着丰富的风积沙资源,然而这种沙土的工程特性不良,使其无法得到合理利用,从而造成了资源浪费。基于此,国内外开展了一系列关于改良风积沙的研究工作,大多采取土工格栅加固和添加化学固化剂的方式,这些措施虽然能改良风积沙的力学特性,但是操作复杂且容易使风积沙呈现各向异性。为了解决上述问题,从实际工程需求出发,本文采用掺入聚丙烯纤维的方法,研究纤维对风积沙力学特性的影响,主要研究内容如下:(1)进行重型击实试验,研究纤维改良风积沙的压实特性,将试验结果与素风积沙进行对比,表明纤维的加入没有改变风积沙原本的压实规律,但是能够增加最大干密度,增量高达0.106g/cm~3,同时降低最优含水率。对纤维改良风积沙的压实机理进行了阐述,并基于假定的压实概念模型分析了纤维在击实试验过程中的作用机理。(2)通过进行不固结不排水三轴压缩试验,研究纤维改良风积沙的抗剪强度力学特性。试验结果表明,与未掺入纤维的风积沙相比,纤维改良风积沙的黏聚力明显增大,增幅为65.8%~440%,而内摩擦角增幅较小,说明抗剪强度的提高主要来自于黏聚力的贡献。对风积沙的应力─应变关系进行分析,得知纤维能够提高风积沙的破坏强度和破坏韧性,并应用应变软化模型和双曲线函数模型对应力─应变关系进行了合理的描述。从纤维起到的摩擦加筋、等效围压和弯曲约束作用以及纤维交织连接形成三维受力网等方面阐述了纤维对风积沙抗剪强度的增强作用机理,并且通过假定的单根纤维作用模型推导出因纤维加筋作用而产生的抗剪强度增量公式。(3)开展了水分迁移试验,研究了不同纤维含量和不同静置时间条件下风积沙沙柱的含水率分布情况,结果表明纤维能够提高风积沙的保水能力,改良效果受到纤维含量和静置时间的影响。结合试验结果,从纤维对基质势的改变和纤维在沙体中的分布阐述了纤维的作用机理。
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