合成纖維土的研究進(jìn)展

潘洋，邵佳 （安徽省交通航務(wù)工程有限公司，安徽 合肥 230001）

0 前言

纖維土是土體加固最常見一種方法，在我國古代，采用植物纖維加入土體中增強(qiáng)土體性能。隨著科技的發(fā)展，人工合成纖維取而代之自然纖維，在工程上廣泛應(yīng)用。合成纖維在土體中形成三維加筋的復(fù)合土體，以便提高土體整體性和物理力學(xué)性質(zhì)，該項(xiàng)技術(shù)可運(yùn)用于高速公路路堤、擋土墻、斜坡加固等工程中。

1 材料性能研究

合成纖維是用合成高分子化合物制成的，纖維強(qiáng)度性能比自然纖維高，在工程研究中廣泛使用。李麗華[1]等研究表明在砂土中摻玻璃纖維能有效的提高砂土的剪切強(qiáng)度和破壞韌性。阮波[2]等在紅黏土中摻玻璃纖維能提供土體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，使其土體具有良好的水穩(wěn)定性。高磊[3]等通過在黏土中加入玄武巖纖維提高土體的黏聚力，黏聚力隨著摻量的增多而增強(qiáng)，摻量為0.25%時(shí)，纖維在土體的離散程度最高。Welker[4]在最佳含水率的環(huán)境下對(duì)聚丙烯纖維加筋土開展了一系列的直剪試驗(yàn)，確定最佳纖維摻量為0.2%。蔡華南[5]等對(duì)聚丙烯纖維加筋黃土的抗剪強(qiáng)度研究表明當(dāng)纖維摻入量大于0.3%時(shí)，黃土的黏聚力有明顯提高，隨纖維摻量的增加其黏聚力隨之增大。吳繼玲[6]等通過對(duì)摻加聚丙烯纖維的膨脹土進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得到了0.3%的最優(yōu)纖維摻量，同時(shí)聚丙烯纖維的摻加增大了膨脹土的峰值強(qiáng)度，降低土體殘余強(qiáng)度的損失，對(duì)膨脹土這一病害土體起到了良好的改善作用。王惠民[7]等用過在灘涂軟弱土層添加聚乙烯醇纖維后土體強(qiáng)度后地基能滿足基本使用的要求。王浩宇[8]等通過對(duì)聚乙烯纖醇纖維水泥基材料研究得出聚乙烯醇摻量對(duì)抗折強(qiáng)度影響很大，對(duì)抗壓強(qiáng)度影響很小。

2 力學(xué)性能研究

對(duì)纖維土靜力學(xué)特性、動(dòng)力學(xué)特性的研究可以掌握合成纖維的物理特性，對(duì)纖維土在工程應(yīng)用中有非常重要的作用。Yetimoglu[9]等研究在土體中添加纖維可以提高土體的剪切強(qiáng)度。Kumar[10，11]通過對(duì)聚酯纖維加筋黏土的無側(cè)限試驗(yàn)研究，改良后的土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度明顯提高，通過抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度比，發(fā)現(xiàn)纖維摻量對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響大于抗壓強(qiáng)度。孫皓[12]通過對(duì)土體中添加碳纖維、玻璃纖維、聚丙烯纖維進(jìn)行直剪試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓試驗(yàn)，聚丙烯纖維土的黏聚力和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最高。劉華勇[13]等得出聚丙烯纖維水泥土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力成正比關(guān)系。傅乃強(qiáng)[14]等采用纖維-粉煤灰固化復(fù)合方式改良膨脹土，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長原土體的13%。王振[15]等通過試驗(yàn)得纖維的加入提高土體的粘聚力，纖維的摻量和長度影響土體的粘聚力。張艷美[16]等通過對(duì)純棉纖維土應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的研究，得出纖維長度、纖維物理特性、纖維摻量對(duì)土體影響顯著。張蔣[17]通過對(duì)不同纖維比例的加筋灰土混合物試驗(yàn)，內(nèi)摩擦角和粘聚力隨纖維含量呈正比，纖維灰土的內(nèi)摩擦角和粘聚力比未加筋灰土分別增加0.6～1.7°和29.4～79.5kPa。

3 機(jī)理研究

在合成纖維土中，連續(xù)的合成纖維無規(guī)則地多方向地存在于無機(jī)穩(wěn)定土中。在纖維土中連續(xù)的纖維絲均勻的，多方向的、無規(guī)則的存在于穩(wěn)定土中，在這種情況下，補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理變得復(fù)雜。

有學(xué)者認(rèn)為纖維在土中補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理主要概況為“彎曲機(jī)理”和“交織機(jī)理”共同作用[18-20]。Tang等[21-22]從宏觀與微觀方面進(jìn)行研究得出結(jié)論纖維土中力學(xué)作用狀態(tài)是加筋效果的主要影響因素。Zornberg[23]等研究認(rèn)為纖維與土顆粒之間存在摩擦力和咬合力，約束土的活動(dòng)，從而增強(qiáng)土體的性能。王德銀[24]等認(rèn)為在纖維土中，纖維作用不是單獨(dú)存在，而是有多根纖維一起受力形成纖維網(wǎng)，從而固定土體。唐朝生[25]等通過SEM從微觀層面分析力學(xué)機(jī)理，纖維對(duì)土體的改良主要影響因素在于纖維表面與土體之間粘結(jié)力和摩擦力。唐朝生[26]通過對(duì)單根纖維的拉拔試驗(yàn)后聚丙烯纖維SEM得出，纖維從土體拉拔后表面有明顯的摩擦痕跡，在拉拔過程中界面之間摩擦力比較大。高磊[3]發(fā)現(xiàn)在SEM高倍模式下，纖維與土體之前主要存在握裹力和纖維網(wǎng)共同作用。尹倩[27]認(rèn)為纖維在土體中主要存在以下三種形式：平鋪形式、彎曲形式、纖維網(wǎng)形式，纖維與土體接觸產(chǎn)生的摩擦阻力、纖維與土體顆粒限制、纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)土體的固定，三部分共同作用提高土體強(qiáng)度。

4 結(jié)語

合成纖維土技術(shù)在軟地基、膨脹土等不良地基的加固和改良中都有著廣泛的應(yīng)用前景，該技術(shù)目前在實(shí)際工程應(yīng)用尚未成熟，下步可將實(shí)驗(yàn)與實(shí)際結(jié)合，采用現(xiàn)場試驗(yàn)及模擬試驗(yàn)，解決工程應(yīng)用中存在的技術(shù)問題。