纤维加筋水泥土固结强化机理

前言

第1章 纤维加筋水泥土强度研究现状 1

1.1 纤维加筋土国内外研究现状 1

1.2 纤维加筋水泥土国内外研究现状 2

1.3 纤维加筋水泥土固结强化发展趋势 3

1.4 项目研究内容和技术路线 4

第2章 不同基质纤维微观形貌差异研究 6

2.1 棉麻纤维微观形貌特征 6

2.1.1 水泥土的制备 6

2.1.2 水泥土微观结构分析 7

2.1.3 棉麻纤维微观催化晶格形变分析 8

2.2 锦纶纤维微观结构分布规律 10

2.3 玄武岩纤维微观形态特征 11

2.4 涤纶纤维微观尺度特性研究 14

2.5 丙纶纤维微观结构形态规律 16

2.6 不同基质纤维微尺度及组分差异分析 18

第3章 纤维加筋水泥土细观力学特性研究 21

3.1 棉麻纤维加筋水泥土固后细观力学特征 21

3.1.1 水泥固化砂土衍射光谱分析 21

3.1.2 不同含量棉麻纤维衍射光谱分析 22

3.1.3 棉麻纤维应力-应变关系理论分析 25

3.1.4 强度变化规律分析 29

3.1.5 残余强度变化规律 30

3.1.6 刚度系数变化规律 33

3.2 锦纶纤维加筋水泥土固后细观力学规律 35

3.2.1 锦纶纤维相变衍射光谱分析 35

3.2.2 破坏模式与应力-应变关系 38

3.2.3 峰值应力与峰值应变变化规律 39

3.2.4 峰值应力-应变关系分析 42

3.2.5 残余强度研究 47

3.2.6 刚度系数和脆性指数变化规律 50

3.3 玄武岩纤维加筋水泥土固后细观力学特性 52

3.3.1 破坏模式与应力-应变关系 55

3.3.2 峰值应力与峰值应变变化规律 56

3.3.3 残余强度变化规律 61

3.3.4 刚度系数与脆性指数变化规律 62

3.4 涤纶纤维加筋水泥土细观力学特征 65

3.4.1 单轴破坏模式与应力-应变关系 67

3.4.2 峰值应力与峰值应变变化规律 68

3.4.3 三轴破坏模式与应力-应变关系 70

3.4.4 残余强度变化规律 72

3.5 丙纶纤维加筋水泥土细观力学规律 76

3.5.1 单轴破坏模式与应力-应变关系 79

3.5.2 峰值应力与峰值应变变化规律 80

3.5.3 三轴破坏模式与应力-应变分析 83

3.5.4 抗剪强度参数变化规律 84

3.5.5 残余强度变化规律 85

3.5.6 残余抗剪强度参数变化规律 87

3.5.7 脆性指数变化规律 89

3.6 不同基质纤维加筋水泥土细观力学分析 90

3.6.1 典型应力-应变曲线 90

3.6.2 强度参数内在联系 91

第4章 纤维加筋水泥土固结强度规律研究 93

4.1 纤维含量对加筋水泥土强度影响研究 93

4.1.1 不同纤维含量加筋水泥土细观力学规律 93

4.1.2 不同纤维含量加筋水泥土微观形貌研究 98

4.2 纤维细长比对加筋水泥土强度改变的研究 100

4.2.1 不同细长比加筋水泥土细观力学规律 100

4.2.2 不同细长比加筋水泥土微观形貌研究 101

4.3 纤维加筋水泥土固结强度影响研究 103

第5章 纤维加筋水泥土固结强化机理研究 105

5.1 纤维组分影响的加筋水泥土强化规律 105

5.1.1 纤维组分影响的力学强度变化规律 105

5.1.2 纤维组分转化规律 109

5.2 纤维含量和细长比对加筋水泥土强度的影响 112

5.2.1 纤维含量和细长比对加筋水泥土强度的影响 112

5.2.2 纤维含量和细长比对加筋水泥土变形的影响 115

5.3 纤维加筋水泥土强化作用机理 118

5.3.1 纤维加筋水泥固化砂土固结机制 118

5.3.2 纤维加筋水泥固化砂土界面作用 119

5.3.3 纤维含量和细长比对强度和变形的影响机理 120

第6章 结论与展望 122

6.1 主要研究结论 122

6.2 展望 123

参考文献 125

本书总结了作者在新型纤维加筋水泥土补强理论、方法和机理方面的研究成果，并结合国内外相关方面的研究成果，对不同纤维加筋水泥土固结强化过程、规律及机理进行较系统和全面的论述。书中详细介绍了纤维加筋水泥土固化补强的发展水平，分析了国内外目前在纤维加筋水泥土理论、方法和机理方面存在的主要问题，研究了不同组分纤维、纤维含量和细长比对纤维加筋水泥土固结强度的影响规律，揭示了纤维加筋水泥土固结强化机理。研究成果为地下病害原位快速加固提供了新材料、新方法。

等速加荷固结试验是将荷重增长率控制为常量的连续加荷固结试验，是在控制固结应力的施加速率为一常数条件下研究土体固结特性的试验方法。与常规固结试验相比可大大缩短试验时间，一般在几小时内即可完成。等速加荷固结试验用于分析孔隙与有效垂直压力及孔隙比与孔隙水压力之间的关系，以及计算与不同孔隙比相应的固结系数。

土的固结是土力学学科中最根本的课题之一。固结是土体在荷载作用下，超静孔隙水压力消散，有效应力增加的过程。通常采用室内固结试验测定土的压缩、固结特性参数，为设计计算提供指标。常用的固结参数主要有：压缩系数、压缩指数、回弹指数、先期固结压力与固结系数。现有的室内固结试验方法主要有三种：常规固结试验、快速法固结试验和连续加载固结试验。

常规固结试验比较可靠，是被普遍认可的，为我国 《土工试验方法标准》（GB/ T50123 ）推荐使用的方法。但该方法有一些显著的缺点，主要表现为以下几点：试验所需的时间较长。按照 《土工试验方法标准》（GB/ T50123 ）要求，分级加载的每级荷载要作用 24h，这样完成一个固结试验所需的最终时间大概 9d 左右，若需进行回弹试验，则时间更长。试验获得数据少而且比较分散，致使试验得到的曲线不连续，影响测定参数的准确性。固结试验过程中沿试样高度的有效应力分布不均匀，根据有效应力原理，靠近排水面的有效应力最大，靠近不排水面处的有效应力最小，水力梯度沿高度方向变化相当大，致使有效应力沿试样高度分布不均匀，造成了试样的压缩性分布不均匀。

快速固结试验根据《土工试验方法标准》（GB/ T50123）推荐的时间平方根法计算固结系数时，要求土体固结度达到90%，大量的试验表明高度为2cm 的试样在荷载作用1h的固结度一般可达到90% 以上（24h 稳定标准）。因此，快速法固结试验把每级荷载的加载时间缩短到1~2h，最后对试验结果进行校正，可得到与常规固结试验近似的结果。 此法大大缩短了试验时间，得到了相当广泛的应用。连续加荷固结试验是对饱和土试样连续加荷，能快速测定试样一维 压缩特性的固结试验。在试样连续加荷过程中，随 时测定试样的变形量与试样底部孔隙水压力。按照控制条件可分为等应变速率固结试验、等梯度固结试验及等速加荷固结试验等。等应变率试验法，即整个试验加荷过程中,单位时间内的变形值为常量。控制梯度试验法，即在试验过程中，使试样不透水底部的孔隙水压力为常量，故又称等梯度试验。

纤维强化塑胶（英语：fibre-reinforced plastic；FRP），或称纤维强化聚合物（fibre-reinforced polymer），是以纤维强化聚合物基质的复合材料。