腈纖維對(duì)紅黏土改良性質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究

腈纖維對(duì)紅黏土改良性質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究紅黏土是一種具有特殊工程性質(zhì)的土壤，廣泛分布于貴州六盤水地區(qū)。它具有含水量高、塑液限高、孔徑大、遇水膨脹等屬性［1］，常用于各種工程的地基處理，也可用于水利、公路等工程。隨著中國(guó)西部建設(shè)項(xiàng)目的不斷增多和建筑工程的快速發(fā)展,如何深入了解紅黏土的特殊性質(zhì)并加以改進(jìn)，使其更好地應(yīng)用于建筑工程實(shí)踐，已成為許多學(xué)者和專家重點(diǎn)關(guān)注的科研課題之一。貴州西南地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)目前中國(guó)迅速發(fā)展，修建高速公路與高速鐵路等建筑信息工程建設(shè)項(xiàng)目多數(shù)都是在紅黏土地區(qū)進(jìn)行的，為了能夠滿足修建工程施工項(xiàng)目的需求，對(duì)該地區(qū)紅黏土進(jìn)行相應(yīng)改良設(shè)計(jì)，并分析其物理力學(xué)性質(zhì)［2］，這對(duì)工程實(shí)踐都有一定的參考意義。1試驗(yàn)研究材料及設(shè)計(jì)1.1試樣材料選取本次試驗(yàn)用的土壤是取自貴州六盤水地區(qū)的紅黏土，它是一種在濕熱氣候條件下，風(fēng)化形成的黏土顆粒較多的紅黏土。主要含量為鐵，鋁和氧化硅膠結(jié)。風(fēng)化程度高，礦物成分和化學(xué)成分變化強(qiáng)烈，礦物養(yǎng)分豐富。通過(guò)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)得原土的物理性質(zhì)指標(biāo)參數(shù)，如表1所示。如表2如表2所示。表2臘纖維物理性質(zhì)參數(shù)指標(biāo)圖1聚丙烯腈纖維指標(biāo)纖維類型密度/（g/cm3）纖維直徑/mm抗拉強(qiáng)度/Mpa拉伸極限彈性模量/Mpa參數(shù)聚丙烯腈纖維1.18 0.01—0.015 〉736>15% >7.181.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)力進(jìn)行剪切，當(dāng)剪切每小時(shí)的垂直變形不超過(guò)表1原土物理性質(zhì)參數(shù)指標(biāo)指標(biāo)含水率/%液限/%塑限/%最優(yōu)含水率/%內(nèi)摩擦角/°黏聚力/kpa壓縮系數(shù)av/Mpa壓縮模量/Mpa參數(shù)36.3788.95 43.6736.232921.720.583.52此次試驗(yàn)采用的材料為聚丙烯腈纖維，如圖1所示，它具有良好的彈性、保暖性和蓬松性，并且具有耐高溫、低吸水率、高抗拉強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度等性質(zhì)。其物理結(jié)構(gòu)力學(xué)性能參數(shù),制備土樣時(shí)設(shè)置了不同比例的腈纖維摻入到土體中，分別為3%、6%、9%、12%。在當(dāng)含水率［3嘟為45%時(shí)，按不同比例平行制樣，為減小誤差，須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行直剪試驗(yàn)和固結(jié)試驗(yàn)。（1）剪切試驗(yàn)：在腈纖維不同摻入比的情況下，將4個(gè)試驗(yàn)分為一組，依次施加100、200、300、400kpa的垂直壓力，然后再施加水平剪應(yīng)0.005mm時(shí)，則固結(jié)達(dá)到穩(wěn)定。此時(shí)可終止實(shí)驗(yàn)，并卸去剪切力和垂直壓力，取出試樣，并求出破壞時(shí)的剪應(yīng)力，后由庫(kù)侖定律算出實(shí)驗(yàn)土樣的抗剪強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角值與黏聚力值。（2）固結(jié)試驗(yàn)：固結(jié)試驗(yàn)時(shí)，需要嚴(yán)格制備土樣，并測(cè)量土樣的密度，在剩余土中取出一定量的土樣，測(cè)其含水率，此外為了防止實(shí)驗(yàn)中土樣水分的蒸發(fā)，還應(yīng)將玻璃片蓋到環(huán)刀的兩端。

在固結(jié)儀的容器內(nèi)安裝并固定好帶有土樣的切土環(huán)刀，并將其準(zhǔn)確放置在加荷橫梁的中心，并還要保證土樣與固結(jié)容器各部件間接觸良好。加壓等級(jí)依據(jù)50、100、200、300、400kpa的順序依次加壓。結(jié)束后得出數(shù)據(jù)，并根據(jù)公式初始孔隙比：e=^~^(1+0.01w0)-100各級(jí)壓力固結(jié)穩(wěn)定后的孔隙比：、△幻e=eo-(1+eoH—h0壓縮系數(shù):av= vPl+1-Pi壓縮模量：1+eoEs一a根據(jù)公式分別計(jì)算出實(shí)驗(yàn)土樣的初始孔隙比、孔隙比、壓縮系數(shù)及壓縮模量各值。2試驗(yàn)結(jié)果和分析2.1腈纖維對(duì)紅黏土抗剪能力的影響腈纖維不同比例摻入量與土體之間的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。根據(jù)表3數(shù)據(jù)，在不同摻入量下的紅黏土,腈纖維對(duì)其抗剪強(qiáng)度，內(nèi)摩擦角，黏聚力的影響關(guān)系曲線如下圖2,圖3根據(jù)表3數(shù)據(jù)，在不同摻入量下的紅黏土,腈纖維對(duì)其抗剪強(qiáng)度，內(nèi)摩擦角，黏聚力的影響關(guān)系曲線如下圖2,圖3和圖4所示。圖2不同摻入比下垂直壓力與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系圖圖3睛纖維不同比例摻入量與內(nèi)摩擦角關(guān)系曲線圖表3抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表纖維摻入量/%100kpa200kpa300kpa400kpa內(nèi)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圖4腈纖維不同比例摻入量與黏聚力的關(guān)系圖通過(guò)圖2、圖3、圖4可以發(fā)現(xiàn),將不同量的腈纖維加入紅黏土當(dāng)中，可以增強(qiáng)紅黏土的抗剪強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角及其黏聚力。從圖2可知，紅黏土的抗剪強(qiáng)度呈先增大后減小趨勢(shì)變化，在腈纖維摻入量為6%時(shí)，紅黏土的抗剪強(qiáng)度最大，腈纖維為最佳摻入量；觀察圖3與圖4的數(shù)據(jù)可以得出，隨著加入腈纖維的量的不斷增加，土樣的內(nèi)

摩擦角及黏聚力均呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，當(dāng)腈纖維摻入量為6%時(shí)，紅黏土黏聚力也達(dá)到最大值，而紅黏土的內(nèi)摩擦角在摻入量為3%時(shí)，才達(dá)到最大值。由此可得出：土樣的含水率相同條件下，紅黏土的抗剪強(qiáng)度和黏聚力的最佳腈纖維摻入量為6%,此時(shí)均達(dá)到最大值；而內(nèi)摩擦角的最佳腈纖維摻入量為3%,此時(shí)也達(dá)到最大值。由此亦知，腈纖維在一定程度上影響了紅黏土的物理性質(zhì)的變化［4］，這對(duì)工程實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)研究具有一定的參考價(jià)值。響關(guān)系曲線圖，分別為如圖6-7。圖6腈纖維不同比例摻入量與壓縮系數(shù)的關(guān)系圖2.2腈纖維對(duì)紅黏土壓縮系數(shù)和壓縮模量的影響響關(guān)系曲線圖，分別為如圖6-7。圖6腈纖維不同比例摻入量與壓縮系數(shù)的關(guān)系圖圖5圖5不同比例摻入量下垂直壓力與孔隙比的關(guān)系圖『一原土*纖維挨入重3%纖維摻Ai6K—纖維蚤入重9%纖維摟入里12%根據(jù)試驗(yàn)得出，腈纖維各摻入量下的壓縮系數(shù)和壓縮模量值。如表4所示。表4壓縮系數(shù)與壓縮模量參數(shù)表參數(shù)摻入量0%3%6%9%12%壓縮系數(shù)a(Mpa-)0.580.410.320.310.8壓縮模量E(、Mpa)3.525.326.716.952.7根據(jù)表4數(shù)據(jù)，可以得出在不同比例摻入量下腈纖維對(duì)紅黏土的壓縮系數(shù)和壓縮模量影圖7腈纖維不同比例摻入量與壓縮模量關(guān)系圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著腈纖維含量的增加，抗壓強(qiáng)度增大。在圖5中，各摻量的曲線斜率并無(wú)很大差距，各摻入量在同級(jí)受壓時(shí)的孔隙比值差距平均。6%和9%的摻入量時(shí)，其抗壓強(qiáng)度在受壓時(shí)的趨勢(shì)線接近重合，也說(shuō)明此時(shí)的抗壓強(qiáng)度是接近一致的［5］。從圖6可看出，隨著腈纖維摻入量的增加，紅黏土的壓縮系數(shù)先減小后增大，在摻入量為6%~9%時(shí)，壓縮系數(shù)變化較小且接近平緩；在9%時(shí)，壓縮系數(shù)值最小，說(shuō)明壓縮系數(shù)越小,土的壓縮性也越小。極小值為9%時(shí)對(duì)應(yīng)的纖維摻入量最有利于降低土的壓縮性；當(dāng)摻入的腈纖維量為9%-12%時(shí)，壓縮系數(shù)為上升趨勢(shì)，并且當(dāng)腈纖維的摻入量達(dá)到12%時(shí)為最大值。（3）從圖7得知，實(shí)驗(yàn)研究土體的壓縮模量隨腈纖維摻入量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，并在腈纖維摻入量為9%時(shí)達(dá)到峰值。在腈纖維摻入量為0%-9%時(shí)，壓縮模量呈上升趨勢(shì)，但變化較小；在9%時(shí)，取得極大值，此時(shí)對(duì)應(yīng)的腈纖維摻入量最有利于降低土的壓縮性；在臘纖維摻入量為9%-12%時(shí)，壓縮模量變小，且變化較大。3討論與結(jié)論（1） 在一定比例控制范圍內(nèi)，不同的加壓等級(jí)下加入腈纖維可有效地提高土體的抗剪強(qiáng)度，并呈規(guī)律性變化，同時(shí)一定摻入量的腈纖維對(duì)紅黏土的黏聚力和內(nèi)摩擦角影響都較小。內(nèi)摩擦角和黏聚力隨著摻入量的增加，變化規(guī)律均為先增大后減小的趨勢(shì)。腈纖維摻入量為6%時(shí)，土體的抗剪強(qiáng)度與黏聚力均達(dá)到最大值；臘纖維摻入量為3%時(shí)，土體內(nèi)摩擦角取得最大值［81o（2） 在一定比例控制范圍內(nèi)，臘纖維能有效的提高紅黏土的抗壓強(qiáng)度，降低了土體的壓縮系數(shù)，提高了土體的壓縮模量；在腈纖維摻入量為0%-9%中。紅黏土的壓縮模量明顯得到提高，即明顯提高了紅黏土的