腈纤维对红黏土改良性质实验研究

红黏土是一种具有特殊工程性质的土壤，广泛分布于贵州六盘水地区。它具有含水量高、塑液限高、孔径大、遇水膨胀等属性[1]，常用于各种工程的地基处理，也可用于水利、公路等工程。随着中国西部建设项目的不断增多和建筑工程的快速发展，如何深入了解红黏土的特殊性质并加以改进，使其更好地应用于建筑工程实践，已成为许多学者和专家重点关注的科研课题之一。贵州西南地区的经济社会目前中国迅速发展，修建高速公路与高速铁路等建筑信息工程建设项目多数都是在红黏土地区进行的，为了能够满足修建工程施工项目的需求，对该地区红黏土进行相应改良设计，并分析其物理力学性质[2]，这对工程实践都有一定的参考意义。

1试验研究材料及设计

1.1试样材料选取

本次试验用的土壤是取自贵州六盘水地区的红黏土，它是一种在湿热气候条件下，风化形成的黏土颗粒较多的红黏土。主要含量为铁，铝和氧化硅胶结。风化程度高，矿物成分和化学成分变化强烈，矿物养分丰富。通过进行试验测得原土的物理性质指标参数，如表1所示。

此次试验采用的材料为聚丙烯腈纤维，如图1所示，它具有良好的弹性、保暖性和蓬松性，并且具有耐高温、低吸水率、高抗拉强度和抗拉强度等性质。其物理结构力学性能参数，如表2所示。

1.2试验设计

制备土样时设置了不同比例的腈纤维掺入到土体中，分别为3%、6%、9%、12%。在当含水率[3]都为45%时，按不同比例平行制样，为减小误差，须严格按照标准进行直剪试验和固结试验。

（1）剪切试验：在腈纤维不同掺入比的情况下，将4个试验分为一组，依次施加100、200、300、400 kpa的垂直压力，然后再施加水平剪应力进行剪切，当剪切每小时的垂直变形不超过0.005 mm时，则固结达到稳定。此时可终止实验，并卸去剪切力和垂直压力，取出试样，并求出破坏时的剪应力，后由库仑定律算出实验土样的抗剪强度参数：内摩擦角值与黏聚力值。

（2）固结试验：固结试验时，需要严格制备土样，并测量土样的密度，在剩余土中取出一定量的土样，测其含水率，此外为了防止实验中土样水分的蒸发，还应将玻璃片盖到环刀的两端。在固结仪的容器内安装并固定好带有土样的切土环刀，并将其准确放置在加荷横梁的中心，并还要保证土样与固结容器各部件间接触良好。加压等级依据50、100、200、300、400 kpa的顺序依次加压。结束后得出数据，并根据公式

根据公式分别计算出实验土样的初始孔隙比、孔隙比、压缩系数及压缩模量各值。

2试验结果和分析

2.1腈纤维对红黏土抗剪能力的影响

腈纤维不同比例掺入量与土体之间的抗剪强度试验数据如表3所示。

根据表3数据，在不同掺入量下的红黏土，腈纤维对其抗剪强度，内摩擦角，黏聚力的影响关系曲线如下图2，图3和图4所示。

通過图2、图3、图4可以发现，将不同量的腈纤维加入红黏土当中，可以增强红黏土的抗剪强度、内摩擦角及其黏聚力。从图2可知，红黏土的抗剪强度呈先增大后减小趋势变化，在腈纤维掺入量为6%时，红黏土的抗剪强度最大，腈纤维为最佳掺入量；观察图3与图4的数据可以得出，随着加入腈纤维的量的不断增加，土样的内摩擦角及黏聚力均呈先增大后减小的变化趋势，当腈纤维掺入量为6%时，红黏土黏聚力也达到最大值，而红黏土的内摩擦角在掺入量为3%时，才达到最大值。由此可得出：土样的含水率相同条件下，红黏土的抗剪强度和黏聚力的最佳腈纤维掺入量为6%，此时均达到最大值；而内摩擦角的最佳腈纤维掺入量为3%，此时也达到最大值。由此亦知，腈纤维在一定程度上影响了红黏土的物理性质的变化[4]，这对工程实践及实验研究具有一定的参考价值。

2.2腈纤维对红黏土压缩系数和压缩模量的影响

不同比例掺入量的腈纤维对红黏土的孔隙比影响关系如图5所示。

根据试验得出，腈纤维各掺入量下的压缩系数和压缩模量值。如表4所示。

根据表4数据，可以得出在不同比例掺入量下腈纤维对红黏土的压缩系数和压缩模量影响关系曲线图，分别为如图6-7。

（1）通过实验数据表明，随着腈纤维含量的增加，抗压强度增大。在图5中，各掺量的曲线斜率并无很大差距，各掺入量在同级受压时的孔隙比值差距平均。6%和9%的掺入量时，其抗压强度在受压时的趋势线接近重合，也说明此时的抗压强度是接近一致的[5]。