合成纖維土的研究進展

潘洋，邵佳 （安徽省交通航務(wù)工程有限公司，安徽 合肥 230001）

0 前言

纖維土是土體加固最常見一種方法，在我國古代，采用植物纖維加入土體中增強土體性能。隨著科技的發(fā)展，人工合成纖維取而代之自然纖維，在工程上廣泛應(yīng)用。合成纖維在土體中形成三維加筋的復(fù)合土體，以便提高土體整體性和物理力學(xué)性質(zhì)，該項技術(shù)可運用于高速公路路堤、擋土墻、斜坡加固等工程中。

1 材料性能研究

合成纖維是用合成高分子化合物制成的，纖維強度性能比自然纖維高，在工程研究中廣泛使用。李麗華[1]等研究表明在砂土中摻玻璃纖維能有效的提高砂土的剪切強度和破壞韌性。阮波[2]等在紅黏土中摻玻璃纖維能提供土體的無側(cè)限抗壓強度，使其土體具有良好的水穩(wěn)定性。高磊[3]等通過在黏土中加入玄武巖纖維提高土體的黏聚力，黏聚力隨著摻量的增多而增強，摻量為0.25%時，纖維在土體的離散程度最高。Welker[4]在最佳含水率的環(huán)境下對聚丙烯纖維加筋土開展了一系列的直剪試驗，確定最佳纖維摻量為0.2%。蔡華南[5]等對聚丙烯纖維加筋黃土的抗剪強度研究表明當(dāng)纖維摻入量大于0.3%時，黃土的黏聚力有明顯提高，隨纖維摻量的增加其黏聚力隨之增大。吳繼玲[6]等通過對摻加聚丙烯纖維的膨脹土進行無側(cè)限抗壓強度試驗得到了0.3%的最優(yōu)纖維摻量，同時聚丙烯纖維的摻加增大了膨脹土的峰值強度，降低土體殘余強度的損失，對膨脹土這一病害土體起到了良好的改善作用。王惠民[7]等用過在灘涂軟弱土層添加聚乙烯醇纖維后土體強度后地基能滿足基本使用的要求。王浩宇[8]等通過對聚乙烯纖醇纖維水泥基材料研究得出聚乙烯醇摻量對抗折強度影響很大，對抗壓強度影響很小。

2 力學(xué)性能研究

對纖維土靜力學(xué)特性、動力學(xué)特性的研究可以掌握合成纖維的物理特性，對纖維土在工程應(yīng)用中有非常重要的作用。Yetimoglu[9]等研究在土體中添加纖維可以提高土體的剪切強度。Kumar[10，11]通過對聚酯纖維加筋黏土的無側(cè)限試驗研究，改良后的土體無側(cè)限抗壓強度明顯提高，通過抗拉強度與抗壓強度比，發(fā)現(xiàn)纖維摻量對抗拉強度的影響大于抗壓強度。孫皓[12]通過對土體中添加碳纖維、玻璃纖維、聚丙烯纖維進行直剪試驗和無側(cè)限抗壓試驗，聚丙烯纖維土的黏聚力和無側(cè)限抗壓強度最高。劉華勇[13]等得出聚丙烯纖維水泥土的抗剪強度與法向應(yīng)力成正比關(guān)系。傅乃強[14]等采用纖維-粉煤灰固化復(fù)合方式改良膨脹土，無側(cè)限抗壓強度增長原土體的13%。王振[15]等通過試驗得纖維的加入提高土體的粘聚力，纖維的摻量和長度影響土體的粘聚力。張艷美[16]等通過對純棉纖維土應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的研究，得出纖維長度、纖維物理特性、纖維摻量對土體影響顯著。張蔣[17]通過對不同纖維比例的加筋灰土混合物試驗，內(nèi)摩擦角和粘聚力隨纖維含量呈正比，纖維灰土的內(nèi)摩擦角和粘聚力比未加筋灰土分別增加0.6～1.7°和29.4～79.5kPa。

3 機理研究

在合成纖維土中，連續(xù)的合成纖維無規(guī)則地多方向地存在于無機穩(wěn)定土中。在纖維土中連續(xù)的纖維絲均勻的，多方向的、無規(guī)則的存在于穩(wěn)定土中，在這種情況下，補強機理變得復(fù)雜。

有學(xué)者認為纖維在土中補強機理主要概況為“彎曲機理”和“交織機理”共同作用[18-20]。Tang等[21-22]從宏觀與微觀方面進行研究得出結(jié)論纖維土中力學(xué)作用狀態(tài)是加筋效果的主要影響因素。Zornberg[23]等研究認為纖維與土顆粒之間存在摩擦力和咬合力，約束土的活動，從而增強土體的性能。王德銀[24]等認為在纖維土中，纖維作用不是單獨存在，而是有多根纖維一起受力形成纖維網(wǎng)，從而固定土體。唐朝生[25]等通過SEM從微觀層面分析力學(xué)機理，纖維對土體的改良主要影響因素在于纖維表面與土體之間粘結(jié)力和摩擦力。唐朝生[26]通過對單根纖維的拉拔試驗后聚丙烯纖維SEM得出，纖維從土體拉拔后表面有明顯的摩擦痕跡，在拉拔過程中界面之間摩擦力比較大。高磊[3]發(fā)現(xiàn)在SEM高倍模式下，纖維與土體之前主要存在握裹力和纖維網(wǎng)共同作用。尹倩[27]認為纖維在土體中主要存在以下三種形式：平鋪形式、彎曲形式、纖維網(wǎng)形式，纖維與土體接觸產(chǎn)生的摩擦阻力、纖維與土體顆粒限制、纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)對土體的固定，三部分共同作用提高土體強度。

4 結(jié)語

合成纖維土技術(shù)在軟地基、膨脹土等不良地基的加固和改良中都有著廣泛的應(yīng)用前景，該技術(shù)目前在實際工程應(yīng)用尚未成熟，下步可將實驗與實際結(jié)合，采用現(xiàn)場試驗及模擬試驗，解決工程應(yīng)用中存在的技術(shù)問題。