合成纤维土的研究进展

2020-12-23潘洋邵佳安徽省交通航务工程有限公司安徽合肥230001

安徽建筑 2020年5期

潘洋，邵佳（安徽省交通航务工程有限公司，安徽合肥 230001）

0 前言

纤维土是土体加固最常见一种方法，在我国古代，采用植物纤维加入土体中增强土体性能。随着科技的发展，人工合成纤维取而代之自然纤维，在工程上广泛应用。合成纤维在土体中形成三维加筋的复合土体，以便提高土体整体性和物理力学性质，该项技术可运用于高速公路路堤、挡土墙、斜坡加固等工程中。

1 材料性能研究

合成纤维是用合成高分子化合物制成的，纤维强度性能比自然纤维高，在工程研究中广泛使用。李丽华[1]等研究表明在砂土中掺玻璃纤维能有效的提高砂土的剪切强度和破坏韧性。阮波[2]等在红黏土中掺玻璃纤维能提供土体的无侧限抗压强度，使其土体具有良好的水稳定性。高磊[3]等通过在黏土中加入玄武岩纤维提高土体的黏聚力，黏聚力随着掺量的增多而增强，掺量为0.25%时，纤维在土体的离散程度最高。Welker[4]在最佳含水率的环境下对聚丙烯纤维加筋土开展了一系列的直剪试验，确定最佳纤维掺量为0.2%。蔡华南[5]等对聚丙烯纤维加筋黄土的抗剪强度研究表明当纤维掺入量大于0.3%时，黄土的黏聚力有明显提高，随纤维掺量的增加其黏聚力随之增大。吴继玲[6]等通过对掺加聚丙烯纤维的膨胀土进行无侧限抗压强度试验得到了0.3%的最优纤维掺量，同时聚丙烯纤维的掺加增大了膨胀土的峰值强度，降低土体残余强度的损失，对膨胀土这一病害土体起到了良好的改善作用。王惠民[7]等用过在滩涂软弱土层添加聚乙烯醇纤维后土体强度后地基能满足基本使用的要求。王浩宇[8]等通过对聚乙烯纤醇纤维水泥基材料研究得出聚乙烯醇掺量对抗折强度影响很大，对抗压强度影响很小。

2 力学性能研究

对纤维土静力学特性、动力学特性的研究可以掌握合成纤维的物理特性，对纤维土在工程应用中有非常重要的作用。Yetimoglu[9]等研究在土体中添加纤维可以提高土体的剪切强度。Kumar[10，11]通过对聚酯纤维加筋黏土的无侧限试验研究，改良后的土体无侧限抗压强度明显提高，通过抗拉强度与抗压强度比，发现纤维掺量对抗拉强度的影响大于抗压强度。孙皓[12]通过对土体中添加碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维进行直剪试验和无侧限抗压试验，聚丙烯纤维土的黏聚力和无侧限抗压强度最高。刘华勇[13]等得出聚丙烯纤维水泥土的抗剪强度与法向应力成正比关系。傅乃强[14]等采用纤维-粉煤灰固化复合方式改良膨胀土，无侧限抗压强度增长原土体的13%。王振[15]等通过试验得纤维的加入提高土体的粘聚力，纤维的掺量和长度影响土体的粘聚力。张艳美[16]等通过对纯棉纤维土应力与应变关系的研究，得出纤维长度、纤维物理特性、纤维掺量对土体影响显著。张蒋[17]通过对不同纤维比例的加筋灰土混合物试验，内摩擦角和粘聚力随纤维含量呈正比，纤维灰土的内摩擦角和粘聚力比未加筋灰土分别增加0.6～1.7°和29.4～79.5kPa。

3 机理研究

在合成纤维土中，连续的合成纤维无规则地多方向地存在于无机稳定土中。在纤维土中连续的纤维丝均匀的，多方向的、无规则的存在于稳定土中，在这种情况下，补强机理变得复杂。

有学者认为纤维在土中补强机理主要概况为“弯曲机理”和“交织机理”共同作用[18-20]。Tang等[21-22]从宏观与微观方面进行研究得出结论纤维土中力学作用状态是加筋效果的主要影响因素。Zornberg[23]等研究认为纤维与土颗粒之间存在摩擦力和咬合力，约束土的活动，从而增强土体的性能。王德银[24]等认为在纤维土中，纤维作用不是单独存在，而是有多根纤维一起受力形成纤维网，从而固定土体。唐朝生[25]等通过SEM从微观层面分析力学机理，纤维对土体的改良主要影响因素在于纤维表面与土体之间粘结力和摩擦力。唐朝生[26]通过对单根纤维的拉拔试验后聚丙烯纤维SEM得出，纤维从土体拉拔后表面有明显的摩擦痕迹，在拉拔过程中界面之间摩擦力比较大。高磊[3]发现在SEM高倍模式下，纤维与土体之前主要存在握裹力和纤维网共同作用。尹倩[27]认为纤维在土体中主要存在以下三种形式：平铺形式、弯曲形式、纤维网形式，纤维与土体接触产生的摩擦阻力、纤维与土体颗粒限制、纤维网结构对土体的固定，三部分共同作用提高土体强度。