纖維加筋水泥土固結(jié)強(qiáng)化機(jī)理

前言

第1章 纖維加筋水泥土強(qiáng)度研究現(xiàn)狀 1

1.1 纖維加筋土國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1

1.2 纖維加筋水泥土國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2

1.3 纖維加筋水泥土固結(jié)強(qiáng)化發(fā)展趨勢(shì) 3

1.4 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線 4

第2章 不同基質(zhì)纖維微觀形貌差異研究 6

2.1 棉麻纖維微觀形貌特征 6

2.1.1 水泥土的制備 6

2.1.2 水泥土微觀結(jié)構(gòu)分析 7

2.1.3 棉麻纖維微觀催化晶格形變分析 8

2.2 錦綸纖維微觀結(jié)構(gòu)分布規(guī)律 10

2.3 玄武巖纖維微觀形態(tài)特征 11

2.4 滌綸纖維微觀尺度特性研究 14

2.5 丙綸纖維微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)規(guī)律 16

2.6 不同基質(zhì)纖維微尺度及組分差異分析 18

第3章 纖維加筋水泥土細(xì)觀力學(xué)特性研究 21

3.1 棉麻纖維加筋水泥土固后細(xì)觀力學(xué)特征 21

3.1.1 水泥固化砂土衍射光譜分析 21

3.1.2 不同含量棉麻纖維衍射光譜分析 22

3.1.3 棉麻纖維應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系理論分析 25

3.1.4 強(qiáng)度變化規(guī)律分析 29

3.1.5 殘余強(qiáng)度變化規(guī)律 30

3.1.6 剛度系數(shù)變化規(guī)律 33

3.2 錦綸纖維加筋水泥土固后細(xì)觀力學(xué)規(guī)律 35

3.2.1 錦綸纖維相變衍射光譜分析 35

3.2.2 破壞模式與應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 38

3.2.3 峰值應(yīng)力與峰值應(yīng)變變化規(guī)律 39

3.2.4 峰值應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系分析 42

3.2.5 殘余強(qiáng)度研究 47

3.2.6 剛度系數(shù)和脆性指數(shù)變化規(guī)律 50

3.3 玄武巖纖維加筋水泥土固后細(xì)觀力學(xué)特性 52

3.3.1 破壞模式與應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 55

3.3.2 峰值應(yīng)力與峰值應(yīng)變變化規(guī)律 56

3.3.3 殘余強(qiáng)度變化規(guī)律 61

3.3.4 剛度系數(shù)與脆性指數(shù)變化規(guī)律 62

3.4 滌綸纖維加筋水泥土細(xì)觀力學(xué)特征 65

3.4.1 單軸破壞模式與應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 67

3.4.2 峰值應(yīng)力與峰值應(yīng)變變化規(guī)律 68

3.4.3 三軸破壞模式與應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 70

3.4.4 殘余強(qiáng)度變化規(guī)律 72

3.5 丙綸纖維加筋水泥土細(xì)觀力學(xué)規(guī)律 76

3.5.1 單軸破壞模式與應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 79

3.5.2 峰值應(yīng)力與峰值應(yīng)變變化規(guī)律 80

3.5.3 三軸破壞模式與應(yīng)力-應(yīng)變分析 83

3.5.4 抗剪強(qiáng)度參數(shù)變化規(guī)律 84

3.5.5 殘余強(qiáng)度變化規(guī)律 85

3.5.6 殘余抗剪強(qiáng)度參數(shù)變化規(guī)律 87

3.5.7 脆性指數(shù)變化規(guī)律 89

3.6 不同基質(zhì)纖維加筋水泥土細(xì)觀力學(xué)分析 90

3.6.1 典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線 90

3.6.2 強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)在聯(lián)系 91

第4章 纖維加筋水泥土固結(jié)強(qiáng)度規(guī)律研究 93

4.1 纖維含量對(duì)加筋水泥土強(qiáng)度影響研究 93

4.1.1 不同纖維含量加筋水泥土細(xì)觀力學(xué)規(guī)律 93

4.1.2 不同纖維含量加筋水泥土微觀形貌研究 98

4.2 纖維細(xì)長(zhǎng)比對(duì)加筋水泥土強(qiáng)度改變的研究 100

4.2.1 不同細(xì)長(zhǎng)比加筋水泥土細(xì)觀力學(xué)規(guī)律 100

4.2.2 不同細(xì)長(zhǎng)比加筋水泥土微觀形貌研究 101

4.3 纖維加筋水泥土固結(jié)強(qiáng)度影響研究 103

第5章 纖維加筋水泥土固結(jié)強(qiáng)化機(jī)理研究 105

5.1 纖維組分影響的加筋水泥土強(qiáng)化規(guī)律 105

5.1.1 纖維組分影響的力學(xué)強(qiáng)度變化規(guī)律 105

5.1.2 纖維組分轉(zhuǎn)化規(guī)律 109

5.2 纖維含量和細(xì)長(zhǎng)比對(duì)加筋水泥土強(qiáng)度的影響 112

5.2.1 纖維含量和細(xì)長(zhǎng)比對(duì)加筋水泥土強(qiáng)度的影響 112

5.2.2 纖維含量和細(xì)長(zhǎng)比對(duì)加筋水泥土變形的影響 115

5.3 纖維加筋水泥土強(qiáng)化作用機(jī)理 118

5.3.1 纖維加筋水泥固化砂土固結(jié)機(jī)制 118

5.3.2 纖維加筋水泥固化砂土界面作用 119

5.3.3 纖維含量和細(xì)長(zhǎng)比對(duì)強(qiáng)度和變形的影響機(jī)理 120

第6章 結(jié)論與展望 122

6.1 主要研究結(jié)論 122

6.2 展望 123

參考文獻(xiàn) 125

本書總結(jié)了作者在新型纖維加筋水泥土補(bǔ)強(qiáng)理論、方法和機(jī)理方面的研究成果，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)方面的研究成果，對(duì)不同纖維加筋水泥土固結(jié)強(qiáng)化過程、規(guī)律及機(jī)理進(jìn)行較系統(tǒng)和全面的論述。書中詳細(xì)介紹了纖維加筋水泥土固化補(bǔ)強(qiáng)的發(fā)展水平，分析了國(guó)內(nèi)外目前在纖維加筋水泥土理論、方法和機(jī)理方面存在的主要問題，研究了不同組分纖維、纖維含量和細(xì)長(zhǎng)比對(duì)纖維加筋水泥土固結(jié)強(qiáng)度的影響規(guī)律，揭示了纖維加筋水泥土固結(jié)強(qiáng)化機(jī)理。研究成果為地下病害原位快速加固提供了新材料、新方法。

等速加荷固結(jié)試驗(yàn)是將荷重增長(zhǎng)率控制為常量的連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)，是在控制固結(jié)應(yīng)力的施加速率為一常數(shù)條件下研究土體固結(jié)特性的試驗(yàn)方法。與常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)相比可大大縮短試驗(yàn)時(shí)間，一般在幾小時(shí)內(nèi)即可完成。等速加荷固結(jié)試驗(yàn)用于分析孔隙與有效垂直壓力及孔隙比與孔隙水壓力之間的關(guān)系，以及計(jì)算與不同孔隙比相應(yīng)的固結(jié)系數(shù)。

土的固結(jié)是土力學(xué)學(xué)科中最根本的課題之一。固結(jié)是土體在荷載作用下，超靜孔隙水壓力消散，有效應(yīng)力增加的過程。通常采用室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)測(cè)定土的壓縮、固結(jié)特性參數(shù)，為設(shè)計(jì)計(jì)算提供指標(biāo)。常用的固結(jié)參數(shù)主要有：壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、先期固結(jié)壓力與固結(jié)系數(shù)?，F(xiàn)有的室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)方法主要有三種：常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)、快速法固結(jié)試驗(yàn)和連續(xù)加載固結(jié)試驗(yàn)。

常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)比較可靠，是被普遍認(rèn)可的，為我國(guó) 《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T50123 ）推薦使用的方法。但該方法有一些顯著的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：試驗(yàn)所需的時(shí)間較長(zhǎng)。按照 《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T50123 ）要求，分級(jí)加載的每級(jí)荷載要作用 24h，這樣完成一個(gè)固結(jié)試驗(yàn)所需的最終時(shí)間大概 9d 左右，若需進(jìn)行回彈試驗(yàn)，則時(shí)間更長(zhǎng)。試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)少而且比較分散，致使試驗(yàn)得到的曲線不連續(xù)，影響測(cè)定參數(shù)的準(zhǔn)確性。固結(jié)試驗(yàn)過程中沿試樣高度的有效應(yīng)力分布不均勻，根據(jù)有效應(yīng)力原理，靠近排水面的有效應(yīng)力最大，靠近不排水面處的有效應(yīng)力最小，水力梯度沿高度方向變化相當(dāng)大，致使有效應(yīng)力沿試樣高度分布不均勻，造成了試樣的壓縮性分布不均勻。

快速固結(jié)試驗(yàn)根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T50123）推薦的時(shí)間平方根法計(jì)算固結(jié)系數(shù)時(shí)，要求土體固結(jié)度達(dá)到90%，大量的試驗(yàn)表明高度為2cm 的試樣在荷載作用1h的固結(jié)度一般可達(dá)到90% 以上（24h 穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)）。因此，快速法固結(jié)試驗(yàn)把每級(jí)荷載的加載時(shí)間縮短到1~2h，最后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校正，可得到與常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)近似的結(jié)果。 此法大大縮短了試驗(yàn)時(shí)間，得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)是對(duì)飽和土試樣連續(xù)加荷，能快速測(cè)定試樣一維 壓縮特性的固結(jié)試驗(yàn)。在試樣連續(xù)加荷過程中，隨 時(shí)測(cè)定試樣的變形量與試樣底部孔隙水壓力。按照控制條件可分為等應(yīng)變速率固結(jié)試驗(yàn)、等梯度固結(jié)試驗(yàn)及等速加荷固結(jié)試驗(yàn)等。等應(yīng)變率試驗(yàn)法，即整個(gè)試驗(yàn)加荷過程中,單位時(shí)間內(nèi)的變形值為常量。控制梯度試驗(yàn)法，即在試驗(yàn)過程中，使試樣不透水底部的孔隙水壓力為常量，故又稱等梯度試驗(yàn)。

纖維強(qiáng)化塑膠（英語：fibre-reinforced plastic；FRP），或稱纖維強(qiáng)化聚合物（fibre-reinforced polymer），是以纖維強(qiáng)化聚合物基質(zhì)的復(fù)合材料。