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纤维土的作用机理及优化探讨

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:研究认为,纤维对土体的增强作用不仅来自纤维与土体间的摩擦力,更主要的来自土体中彼此交错连接的纤维网状结构对土体的空间约束作用,从而使纤维加筋土具有更高的强度和更大的延伸性或整体性。考虑这种机理,纤维应采用连续的长丝为好。与许多其他加筋材料类似,这种纤维加筋土也往往以增大“附加凝聚力”来体现它的加固作用。张旭东采用不同韧度、细度的纯棉纤维和涤棉纤维进行了3种配合比条件下的纤维加筋砂性黏土的三轴试验。

纤维土的作用机理及优化探讨

研究认为,纤维对土体的增强作用不仅来自纤维与土体间的摩擦力,更主要的来自土体中彼此交错连接的纤维网状结构对土体的空间约束作用,从而使纤维加筋土具有更高的强度和更大的延伸性或整体性。可以将这种机理归结为“弯曲机理”和“交织作用”两个方面。

“弯曲机理”是针对纤维在土中的几何分布而言的,加入土中的纤维都是连续弯曲的。当土体受力时,纤维受拉,从而对相接触的土产生压力和摩阻力。考虑这种机理,纤维应采用连续的长丝为好。但有时过长的纤维在土中难以均匀分布,因此,这是与施工方法相关的。

“交织作用”是由于纤维丝在土中彼此交错,相互连接所形成的三维网络结构而产生的。这种网络结构增强了土体的整体性,防止土像散体一样因受力发生崩散,并进而破坏。

与许多其他加筋材料类似,这种纤维加筋土也往往以增大“附加凝聚力”来体现它的加固作用。法国道桥中心研究所C.Stefam针对纤维加筋土的附加凝聚力ΔC,提出了计算公式:

式中:H为纤维对填土提供的多方向上的最大约束力,;m为纤维重量配合比,‰;t为纤维的韧度,CN/tex;γ为土的容重,g/cm3。(www.xing528.com)

该公式仅适用于砂性土,不适用于黏土。同时,也没有反映出纤维细度对其所能产生的约束力的影响。实际上,纤维对土体的加强作用源于纤维的抗拉特性和纤维与土粒的相互作用,而这种相互作用发生在纤维的表面,当配合比(掺和量)m一定时,不同细度的纤维与土的接触面积也不同,因此纤维粗细的影响也不应忽视。

张旭东等对法国公式提出了修正意见,认为纤维土的“附加黏聚力ΔC”应与纤维的掺和量(配合比)m(%)、韧度t(CN/tex)、细度F(denier或tex)等以及土体性质有关,可表示为

式中:K,q,p均为经验系数。

张旭东采用不同韧度、细度的纯棉纤维和涤棉纤维进行了3种配合比条件下的纤维加筋砂性黏土的三轴试验。根据试验成果分别得出了上述修正公式中的各经验系数。据称其与试验值的吻合程度较法国公式为好。

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