腈纤维对红黏土改良性质实验研究

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。如表2如表2所示。表2腊纤维物理性质参数指标图1聚丙烯腈纤维指标纤维类型密度/（g/cm3）纤维直径/mm抗拉强度/Mpa拉伸极限弹性模量/Mpa参数聚丙烯腈纤维1.18 0.01—0.015 〉736>15% >7.181.2试验设计力进行剪切，当剪切每小时的垂直变形不超过表1原土物理性质参数指标指标含水率/%液限/%塑限/%最优含水率/%内摩擦角/°黏聚力/kpa压缩系数av/Mpa压缩模量/Mpa参数36.3788.95 43.6736.232921.720.583.52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,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嘟为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、400kpa的垂直压力，然后再施加水平剪应0.005mm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、400kpa的顺序依次加压。结束后得出数据，并根据公式初始孔隙比：e=^~^(1+0.01w0)-100各级压力固结稳定后的孔隙比：、△幻e=eo-(1+eoH—h0压缩系数:av= vPl+1-Pi压缩模量：1+eoEs一a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。图2不同掺入比下垂直压力与抗剪强度的关系图图3睛纤维不同比例掺入量与内摩擦角关系曲线图表3抗剪强度试验数据表纤维掺入量/%100kpa200kpa300kpa400kpa内摩擦角/。黏聚力/kpa0%4.569.2215.0318.892.80.2753%4.7911.3616.7316.733.30.7556%6.6313.3118.8923.433.21.579%5.1212.2717.4121.0230.74512%4.9411.8917.5620.5430.615图4腈纤维不同比例掺入量与黏聚力的关系图通过图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。响关系曲线图，分别为如图6-7。图6腈纤维不同比例掺入量与压缩系数的关系图2.2腈纤维对红黏土压缩系数和压缩模量的影响响关系曲线图，分别为如图6-7。图6腈纤维不同比例掺入量与压缩系数的关系图图5图5不同比例掺入量下垂直压力与孔隙比的关系图『一原土*纤维挨入重3%纤维掺Ai6K—纤维蚤入重9%纤维搂入里12%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。表4压缩系数与压缩模量参数表参数掺入量0%3%6%9%12%压缩系数a(Mpa-)0.580.410.320.310.8压缩模量E(、Mpa)3.525.326.716.952.7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图7腈纤维不同比例掺入量与压缩模量关系图通过实验数据表明，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］。从图6可看出，随着腈纤维掺入量的增加，红黏土的压缩系数先减小后增大，在掺入量为6%~9%时，压缩系数变化较小且接近平缓；在9%时，压缩系数值最小，说明压缩系数越小,土的压缩性也越小。极小值为9%时对应的纤维掺入量最有利于降低土的压缩性；当掺入的腈纤维量为9%-12%时，压缩系数为上升趋势，并且当腈纤维的掺入量达到12%时为最大值。（3）从图7得知，实验研究土体的压缩模量随腈纤维掺入量的增加呈先增大后减小的趋势，并在腈纤维掺入量为9%时达到峰值。在腈纤维掺入量为0%-9%时，压缩模量呈上升趋势，但变化较小；在9%时，取得极大值，此时对应的腈纤维掺入量最有利于降低土的压缩性；在腊纤维掺入量为9%-12%时，压缩模量变小，且变化较大。3讨论与结论（1） 在一定比例控制范围内，不同的加压等级下加入腈纤维可有效地提高土体的抗剪强度，并呈规律性变化，同时一定掺入量的腈纤维对红黏土的黏聚力和内摩擦角影响都较小。内摩擦角和黏聚力随着掺入量的增加，变化规律均为先增大后减小的趋势。腈纤维掺入量为6%时，土体的抗剪强度与黏聚力均达到最大值；腊纤维掺入量为3%时，土体内摩擦角取得最大值［81o（2） 在一定比例控制范围内，腊纤维能有效的提高红黏土的抗压强度，降低了土体的压缩系数，提高了土体的压缩模量；在腈纤维掺入量为0%-9%中。红黏土的压缩模量明显得到提高，即明显提高了红黏土的