干湿循环下聚丙烯纤维加筋膨胀性泥质砂岩裂隙演化试验研究与理论分析

作     者：敬涛 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨果林;肖洪波

授予年度：2022年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：膨胀性泥质砂岩 纤维改良土 裂隙演化 规律研究 计算模型 

摘      要：以京沈高铁辽西地区路基工程为研究背景,该段高速铁路路基途径大量膨胀土区域。辽西地区高温干旱、短时间内强降雨较多,受气候影响膨胀土频繁经历干湿循环。干湿循环下膨胀土反复胀缩导致裂隙不断衍生和扩展,最终交织成错综复杂的裂隙网状结构。研究证实,裂隙是膨胀土工程性状劣化的主要原因之一。辽西地区非膨胀土资源奇缺,因此膨胀土原位改良为最经济最可靠的工程措施。聚丙烯纤维能够较好的抑制膨胀土裂隙发育,且长期效益好。迄今为止,系统地研究膨胀土和纤维改良土裂隙演化的试验资料和基础理论研究相对较少。可见,开展膨胀土和纤维改良土裂隙演化规律研究具有重要的工程价值和学术价值,本文研究成果可为纤维在膨胀土路基工程中的设计和施工提供参考。主要研究内容与结论如下:(1)基于室内土工试验,确定了膨胀性泥质砂岩的物理力学参数。在此基础上,开展膨胀土及其纤维改良土的有荷膨胀率试验和直接剪切试验,对纤维抑制膨胀土变形和纤维补强膨胀土强度进行分析,得到纤维最优掺配比。基于最优掺配比,进行干湿循环作用下膨胀土及其纤维改良土的剪切试验,采用灰色关联度法,探究裂隙发育各类指标与强度参数损伤变量之间的关系。(2)对纤维改良土可降低蒸发量和提升持水能力进行定量分析,根据膨胀土干缩裂隙的形态特征,得到了考虑裂隙效应的三维水分蒸发模型。首次脱湿下膨胀土裂隙发育可划分为三个阶段,干湿循环下膨胀土裂隙发育可划分为四个阶段,通过大量试验发现裂隙网状结构的形式主要有两种类型:“精简主裂隙网状结构+少量细小裂隙、“复杂细小裂隙网状结构+少量主裂隙。裂隙形态主要为“Y字形和“T字形。(3)针对不同纤维组合下的膨胀土开展干湿循环试验,对纤维改良土的抗裂性能和持水能力进行综合评判分析。针对膨胀土及其纤维改良土(最优掺配比)开展干湿循环试验,对影响裂隙开裂的各种因素进行敏感性分析,包括干湿循环幅度、温度和厚度等影响因素。分别进行系统的参数分析,包括裂隙参数、时间参数、几何参数、统计参数和形变参数。(4)基于土水特征曲线和抗拉强度关系曲线得到土体开裂临界含水率,通过这一指标可以提前预防膨胀土土体开裂。基于湿变量对纤维改良土裂隙演化理论进行分析,建立纤维改良土初始深度计算模型、初始开裂间距计算模型和初始裂隙宽度计算模型,并对裂隙计算模型的主要影响因素进行敏感性分析。图388幅,表31幅,参考文献116篇