纤维加筋对土体力学特性的影响

材料（工業聚丙烯纤维和天然麦秸秆），通过无侧限抗压强度试验来研究纤维种类、掺量及长度对于土体强度和变形的影响。试验结果表明：相较于未加筋土，聚丙烯纤维加筋土的峰值强度得到较大程度的提升，长度为12 mm、掺量为0.2%时加筋效果最好，强度可达到素土的2.2倍;麦秸秆纤维加筋后，尽管土体强度略低于未加筋土，但无论是掺加聚丙烯纤维还是麦秸秆纤维，纤维土的破坏应变均大于素土，且在峰值强度过后纤维土均表现出较大的残余强度，可见加入纤维可以明显改善土体的抗变形性能。主要是因为纤维与土颗粒之间的摩擦作用为土体提供了更大的摩擦力。

关键词：纤维;加筋土;强度;变形

中图分类号：U416.1 文献标志码：A 文章编号：1006-8023（2018）06-0080-07

Effect of Fiber Reinforced Soil on Mechanical Properties

WU Huilong1， PAN Lingling2， XUE Guoqiang1， GU Huanda1*， ZHU Ning3， WANG Fei3， TANG Qiang2

（1. School of Civil Engineering， Suzhou University of Science and Technology， Suzhou 215011; 2. School of Rail Transportation， Soochow University， Suzhou 215137; 3.Suzhou Rail Transit Group， Suzhou 215000）

Abstract： Fiber reinforced technology was applied to improve the strength and deformation resistance of soil. Two kinds of different fiber material （industrial polypropylene fiber and natural wheat straw） were selected， the effects of different fibers， content and length on soil strength and deformation were studied by unconfined compressive strength test.Experimental results show that compared with soil without fiber， polypropylene fiber reinforced soil have great improvement on the peak strength， the reinforcement effect with length of 12 mm and content of 0.2% is best and the peak strength can reach 2.2 times of soil without reinforcement. With wheat straw fiber reinforced， while the soil strength is slightly lower than soil without fiber， but whether it is mixed with polypropylene fiber or wheat straw fiber， the failure strain of fiber reinforced soil is greater than soil without any reinforced materials， and after peak intensity， the residual strength of fiber reinforced soil is higher.Therefore， we can draw a conclusion that fiber can improve the deformation resistance of soil obviously. The main reason is that the occlusion between fiber and soil particles provides soil with greater friction.

Keywords： Fiber; reinforced soil; strength; deformation

0 引言

20世纪80年代以来，纤维作为加筋材料逐渐引起了人们的重视[1]。常用于加筋的纤维主要分为人工合成纤维和天然纤维两大类。相较天然纤维而言，人工合成纤维的理化性质更好，加入土中也更易于拌合，是已被证实的良好的加筋材料。关于利用天然纤维进行加筋处理，已有诸多学者进行了研究。璩继立在粘土中加入棕榈丝进行无侧限抗压强度试验[2]，发现棕榈丝可以显著提高土体的强度和抗变形能力;李贝贝也采用棕榈丝作为加筋材料，得出了相似的结论[3];常志璐用椰丝加筋砂土[4]，结果表明椰丝纤维的长度和含量都对土体的无侧限抗压强度有较大的影响;钱叶琳研究了黄麻纤维加筋膨胀土的无侧限抗压强度[5]，发现黄麻纤维的加入在提高土体的抗压强度的同时，减小了土体破坏时产生裂缝的长度与宽度;张瑞敏对盐渍土分别进行了稻秸秆和麦秸杆的加筋研究[6]，结果表明在相同情况下，稻秸秆的加筋效果要优于麦秸杆，且纤维加筋的峰值强度均要大于未加筋土。

相较于天然纤维，也有诸多学者对人工合成纤维进行了研究。邓友生、吴鹏等研究发现聚丙烯纤维可以明显地提高膨胀土的抗压强度[7]，但加入的纤维并不是越多越好;张小平、吴继玲对膨胀土进行聚丙烯纤维加筋，也得出类似的结论[8-10];Kumar等对聚酯纤维加筋软粘土进行了抗压强度试验和抗拉强度试验[11-12]，并计算了土体抗拉强度与抗压强度的比值，发现随着纤维掺量的增加，土体抗拉强度的提升幅度要高于抗压强度;璩继立、江海洋等对聚乙烯醇纤维加筋黏土进行抗压强度的研究[13]，得出最优加筋率为0.8%，相较素土而言，加筋土的抗压强度和抗变形能力都得到了较大程度的提高;郭瑞研究了聚乙烯醇纤维对于石灰土抗压强度的影响[14]，结果表明聚乙烯醇纤维可以有效提高土体的抗压强度，改善土体的韧性。