纖維加筋水泥土固結(jié)強化機理

前言

第1章 纖維加筋水泥土強度研究現(xiàn)狀 1

1.1 纖維加筋土國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1

1.2 纖維加筋水泥土國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2

1.3 纖維加筋水泥土固結(jié)強化發(fā)展趨勢 3

1.4 項目研究內(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 纖維加筋水泥土細觀力學特性研究 21

3.1 棉麻纖維加筋水泥土固后細觀力學特征 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 強度變化規(guī)律分析 29

3.1.5 殘余強度變化規(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觀力學規(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觀力學特性 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觀力學特征 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 殘余強度變化規(guī)律 72

3.5 丙綸纖維加筋水泥土細觀力學規(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 抗剪強度參數(shù)變化規(guī)律 84

3.5.5 殘余強度變化規(guī)律 85

3.5.6 殘余抗剪強度參數(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)纖維加筋水泥土細觀力學分析 90

3.6.1 典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線 90

3.6.2 強度參數(shù)內(nèi)在聯(lián)系 91

第4章 纖維加筋水泥土固結(jié)強度規(guī)律研究 93

4.1 纖維含量對加筋水泥土強度影響研究 93

4.1.1 不同纖維含量加筋水泥土細觀力學規(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 纖維細長比對加筋水泥土強度改變的研究 100

4.2.1 不同細長比加筋水泥土細觀力學規(guī)律 100

4.2.2 不同細長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)強度影響研究 103

第5章 纖維加筋水泥土固結(jié)強化機理研究 105

5.1 纖維組分影響的加筋水泥土強化規(guī)律 105

5.1.1 纖維組分影響的力學強度變化規(guī)律 105

5.1.2 纖維組分轉(zhuǎn)化規(guī)律 109

5.2 纖維含量和細長比對加筋水泥土強度的影響 112

5.2.1 纖維含量和細長比對加筋水泥土強度的影響 112

5.2.2 纖維含量和細長比對加筋水泥土變形的影響 115

5.3 纖維加筋水泥土強化作用機理 118

5.3.1 纖維加筋水泥固化砂土固結(jié)機制 118

5.3.2 纖維加筋水泥固化砂土界面作用 119

5.3.3 纖維含量和細長比對強度和變形的影響機理 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 125

本書總結(jié)了作者在新型纖維加筋水泥土補強理論、方法和機理方面的研究成果，并結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)方面的研究成果，對不同纖維加筋水泥土固結(jié)強化過程、規(guī)律及機理進行較系統(tǒng)和全面的論述。書中詳細介紹了纖維加筋水泥土固化補強的發(fā)展水平，分析了國內(nèi)外目前在纖維加筋水泥土理論、方法和機理方面存在的主要問題，研究了不同組分纖維、纖維含量和細長比對纖維加筋水泥土固結(jié)強度的影響規(guī)律，揭示了纖維加筋水泥土固結(jié)強化機理。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)試驗是將荷重增長率控制為常量的連續(xù)加荷固結(jié)試驗，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)特性的試驗方法。與常規(guī)固結(jié)試驗相比可大大縮短試驗時間，一般在幾小時內(nèi)即可完成。等速加荷固結(jié)試驗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)是土力學學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)試驗測定土的壓縮、固結(jié)特性參數(shù)，為設(shè)計計算提供指標。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)。現(xiàn)有的室內(nèi)固結(jié)試驗方法主要有三種：常規(guī)固結(jié)試驗、快速法固結(jié)試驗和連續(xù)加載固結(jié)試驗。

常規(guī)固結(jié)試驗比較可靠，是被普遍認可的，為我國 《土工試驗方法標準》（GB/ T50123 ）推薦使用的方法。但該方法有一些顯著的缺點，主要表現(xiàn)為以下幾點：試驗所需的時間較長。按照 《土工試驗方法標準》（GB/ T50123 ）要求，分級加載的每級荷載要作用 24h，這樣完成一個固結(jié)試驗所需的最終時間大概 9d 左右，若需進行回彈試驗，則時間更長。試驗獲得數(shù)據(jù)少而且比較分散，致使試驗得到的曲線不連續(xù)，影響測定參數(shù)的準確性。固結(jié)試驗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)試驗根據(jù)《土工試驗方法標準》（GB/ T50123）推薦的時間平方根法計算固結(jié)系數(shù)時，要求土體固結(jié)度達到90%，大量的試驗表明高度為2cm 的試樣在荷載作用1h的固結(jié)度一般可達到90% 以上（24h 穩(wěn)定標準）。因此，快速法固結(jié)試驗把每級荷載的加載時間縮短到1~2h，最后對試驗結(jié)果進行校正，可得到與常規(guī)固結(jié)試驗近似的結(jié)果。 此法大大縮短了試驗時間，得到了相當廣泛的應(yīng)用。連續(xù)加荷固結(jié)試驗是對飽和土試樣連續(xù)加荷，能快速測定試樣一維 壓縮特性的固結(jié)試驗。在試樣連續(xù)加荷過程中，隨 時測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、等梯度固結(jié)試驗及等速加荷固結(jié)試驗等。等應(yīng)變率試驗法，即整個試驗加荷過程中,單位時間內(nèi)的變形值為常量?？刂铺荻仍囼灧?，即在試驗過程中，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。

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