土体抗水软化性能增强方法及评价方法
阅读说明：本技术 土体抗水软化性能增强方法及评价方法 (Soil body water softening resistance enhancing method and evaluating method ) 是由 李贺勇 赵宁宁 李开铖 王龙威 张洪东 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种土体抗水软化性能增强方法及评价方法。本发明适用于土体抗水化性能评价领域。本发明的技术方案为一种土体抗水软化性能增强方法,其特征在于：采用纤维拌合或植入的方法将聚合纤维与土体进行混合。所述聚合纤维为PPF(聚丙烯纤维)短切纤维,长度为16-22mm,直径为0.19±0.1mm,弹性模量为3.5GPa。聚丙烯纤维作为一种人工合成纤维具有价格便宜、在土体中分散均匀、水稳定性好、强度增加明显等优点,且聚丙烯纤维不吸水,从而自身具有良好的抗水软化性能；相同含量下,相较于植物纤维,聚丙烯纤维与土体混合后抗压强度从352kPa增加到500kPa,增加了42％,抗水软化性能提高了65％。(The invention relates to a method for enhancing the water softening resistance of soil and an evaluation method. The invention is suitable for the field of soil body hydration resistance evaluation. The technical scheme of the invention is a method for enhancing the water softening resistance of soil, which is characterized by comprising the following steps: the polymer fiber is mixed with the soil body by adopting a fiber mixing or implanting method. The polymer fiber is PPF (polypropylene fiber) chopped fiber, the length is 16-22mm, the diameter is 0.19 +/-0.1 mm, and the elastic modulus is 3.5 GPa. The polypropylene fiber as an artificial synthetic fiber has the advantages of low price, uniform dispersion in soil, good water stability, obvious strength increase and the like, and the polypropylene fiber does not absorb water, thereby having good water softening resistance; compared with plant fibers, the compressive strength of the mixed polypropylene fibers and soil is increased from 352kPa to 500kPa by 42% and the water softening resistance is improved by 65% under the same content.)
技术领域
本发明涉及一种土体抗水软化性能增强方法及评价方法。适用于土体抗水化性能评价领域。
背景技术
水对土体的工程特性具有重要影响，水的参与常会引起土体的体积变化、强度损失，是滑坡、泥石流等地质灾害的主要诱导因素。常见解决土体遇水软化的措施有换填、水泥固化、锚杆加固等方法，使得土体受到物理或化学加固，从而提高土体的强度和变形特性。以上方法在增强土体遇水后的强度和稳定性中起到了良好效果，并取得了大量的实际效益，然而，这些传统的加固方法存在施工难度大、成本高等缺点。
目前，对土体抗水软化性能的评价主要采用的是单一指标，如吸水率、体积膨胀率等，而对土体抗水软化综合评价的方法还较少，且无法对加固材料的最优参量进行确定，需要对以上指标进行系统评价。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种土体抗水软化性能增强方法及评价方法。
本发明所采用的技术方案是：一种土体抗水软化性能增强方法，其特征在于：采用纤维拌合或植入的方法将聚合纤维与土体进行混合。
所述聚合纤维为PPF(聚丙烯纤维)短切纤维，长度为16-22mm，直径为0.19±0.1mm，弹性模量为3.5GPa。聚丙烯纤维作为一种人工合成纤维具有价格便宜、在土体中分散均匀、水稳定性好、强度增加明显等优点，且聚丙烯纤维不吸水，从而自身具有良好的抗水软化性能；相同含量下，相较于植物纤维，聚丙烯纤维与土体混合后抗压强度从352kPa增加到500kPa，增加了42％，抗水软化性能提高了65％。
一种土体抗水软化性能评价方法，其特征在于，用于对所述土体抗水软化性能增强方法增强的土体进行评价，包括：
S10、基于饱水前、后的土体质量计算吸水率，根据经增强土体与未经增强土体的吸水率得到吸水率降低率，根据吸水率降低率得到土体吸水率降低率赋分值S1；
S20、基于饱水前、后的土体体积计算体积膨胀率，根据经增强土体与未经增强土体的体积膨胀率得到体积膨胀率降低率，根据体积膨胀率降低率得到土体体积膨胀率降低率赋分值S2；
S30、基于饱水前、后土体的无侧限抗压强度计算软化系数，根据经增强土体与未经增强土体的软化系数得到软化系数增强率，根据软化系数增强率得到土体软化系数增强率赋分值S3；
S40、基于土体吸水率降低率赋分值S1、土体体积膨胀率降低率赋分值S2和土体软化系数增强率赋分值S3计算土体抗水软化性能综合评分S，根据S值大小进行土体抗水软化性能评价。
所述基于饱水前、后的土体质量计算吸水率，包括：
吸水率评价公式为：其中Wd为土体在干燥状态下的质量，Ws为土体在饱和状态下的质量。
所述根据吸水率降低率得到土体吸水率降低率赋分值S1，包括：
根据吸水率降低率对照吸水率降低率赋分表，获取土体吸水率降低率赋分值S1；
所述吸水率降低率赋分表如下：
吸水率降低率/％
≤15
15-30
30-45
45-60
60-75
75-90
≥90
分值/S1
5
15
30
45
60
75
90
所述基于饱水前、后的土体体积计算体积膨胀率，包括：
体积膨胀率评价公式为：其中Vd为土体在干燥状态下的体积，Vs为土体在饱和状态下的体积。
所述根据膨胀率降低率得到土体体积膨胀率降低率赋分值S2，包括：
根据膨胀率降低率对照体积膨胀率降低率赋分表，获取土体体积膨胀率降低率赋分值S2；
所述体积膨胀率降低率赋分表如下：
体积膨胀降低率/％
≤5
5-15
15-25
25-35
35-45
≥45
分值/S2
10
20
40
60
80
95
所述基于饱水前、后土体的无侧限抗压强度计算软化系数，包括：
软化系数评价公式为：其中σf为土体在干燥状态下的无侧限抗压强度，σF为土体在饱和状态下无侧限抗压强度。
所述根据软化系数增强率得到土体软化系数增强率赋分值S3，包括：
根据软化系数增强率对照软化系数增强率赋分表，获取土体软化系数增强率赋分值S3；
所述软化系数增强率赋分表如下：
所述根据S值大小进行土体抗水软化性能评价，包括：
当75＜S≤100，土体抗水软化性能的评价为优秀；当50＜S≤75，土体抗水软化性能的评价为良好；当25＜S≤50，土体抗水软化性能的评价为中等；当0＜S≤25，土体抗水软化性能的评价为较差。
本发明的有益效果是：本发明通过将聚合纤维与土体混合以加固土体，成本低、效果好，以解决当前改良土体抗水软化性能方法中的不足。
本发明提出一种综合土体吸水率、体积膨胀率以及软化系数的评价方法，为增强土体抗水软化性能具体掺量设计提供指导意见。
附图说明
图1为实施例中土体抗水软化性能评价方法的评价流程图。
具体实施方式
本实施例提供一种土体抗水软化性能增强方法，通过对土体进行加筋，采用纤维拌合或植入的方法将聚合纤维与土体进行混合，聚合纤维为PPF(聚丙烯纤维)短切纤维，长度为16-22mm，直径为0.19±0.1mm，弹性模量为3.5GPa。
聚丙烯纤维作为一种人工合成纤维具有价格便宜、在土体中分散均匀、水稳定性好、强度增加明显等优点，且聚丙烯纤维不吸水，从而自身具有良好的抗水软化性能；相同含量下，相较于植物纤维，聚丙烯纤维与土体混合后抗压强度从352kPa增加到500kPa，增加了42％，抗水软化性能提高了65％。
本实施例还提供一种土体抗水软化性能评价方法，用于对经土体抗水软化性能增强方法增强的土体进行评价，以为增强土体抗水软化性能的纤维具体掺量设计提供参考意见，具体方法如下：
S00、土体密度1.50g/cm3，采用拌合或植入方式将0.2％、0.4％、0.6％以及0.8％含量的聚酯纤维与该土体混合，制成无侧限抗压强度试验试样，将制好的试样进行饱和，进行下一步增强效果评价。
S10、土体吸水率评价：对饱和前、后的土体进行称重，得到饱水前、后土体的质量，基于饱水前、后的土体质量计算吸水率，根据经增强土体的吸水率与未经增强土体的吸水率计算得到吸水率降低率，根据吸水率降低率对照吸水率降低率赋分表(表1)得到土体吸水率降低率赋分值S1。
本例中吸水率评价公式为：其中Wd为土体在干燥状态下的质量，Ws为土体在饱和状态下的质量。
表1、吸水率降低率赋分表
吸水率降低率/％
≤15
15-30
30-45
45-60
60-75
75-90
≥90
分值/S1
5
15
30
45
60
75
90
本实施例中掺入不同含量聚合纤维土体吸水率降低率分别为37.80％，47.63％，63.26％以及68.37％，进而由表1获得不同含量聚合纤维加固土体吸水率赋分值分别为S10.2＝30，S10.4＝45，S10.6＝60以及S10.8＝60。
S20、土体体积膨胀率评价：采用排水法对饱和前、后的土体体积进行测量，得到饱水前、后土体体积，基于饱水前、后的土体体积计算体积膨胀率，根据经增强土体的体积膨胀率与未经增强土体的体积膨胀率计算得到体积膨胀率降低率，根据体积膨胀率降低率对照体积膨胀率降低率赋分表(表2)得到土体体积膨胀率降低率赋分值S2。
本实施例中体积膨胀率评价公式为：其中Vd为土体在干燥状态下的体积，Vs为土体在饱和状态下的体积。
表2、体积膨胀率降低率赋分表
体积膨胀降低率/％
≤5
5-15
15-25
25-35
35-45
≥45
分值/S2
10
20
40
60
80
95
本例中掺入不同含量聚合纤维土体体积膨胀率降低率分别为9.67％，14.41％，18.71％以及27.58％，进而由表2获得不同含量聚合纤维加固土体体积膨胀率赋分值分别为S20.2＝20，S20.4＝20，S20.6＝40以及S20.8＝60。
S30、土体软化系数评价：通过无侧限抗压强度试验，对饱水前、后土体试样无侧限抗压强度进行测试，得到饱水前、后土体的无侧限抗压强度，基于饱水前、后土体的无侧限抗压强度计算软化系数，根据经增强土体的软化系数与未经增强土体的软化系数计算得到软化系数增强率，根据软化系数增强率对照软化系数增强率赋分表(表3)得到土体软化系数增强率赋分值S3。
本实施例中软化系数评价公式为：其中σf为土体在干燥状态下的无侧限抗压强度，σF为土体在饱和状态下无侧限抗压强度。
表3、软化系数增强率赋分表
本实施例中掺入不同含量聚合纤维加固土体软化系数降低率分别为153.08％，170.86％，181.58％以及182.74％，进而由表2获得不同含量聚合纤维加固土体软化系数增加率分别赋分值为S30.2＝75，S30.4＝75，S30.6＝90以及S30.8＝90。
S40、基于土体吸水率降低率赋分值S1、土体体积膨胀率降低率赋分值S2和土体软化系数增强率赋分值S3计算土体抗水软化性能综合评分S，评价公式为S＝(S1+S2+S3)/3，根据S值大小进行土体抗水软化性能评价。
本实施例中当75＜S≤100，土体抗水软化性能的评价为优秀；当50＜S≤75，土体抗水软化性能的评价为良好；当25＜S≤50，土体抗水软化性能的评价为中等；当0＜S≤25，土体抗水软化性能的评价为较差。
本例中根据公式S＝(S1+S2+S3)/3，得到添加不同含量聚合纤维赋分值分别为S0.2＝(S10.2+S20.2+S30.2)＝41.67，S0.4＝(S10.4+S20.4+S30.4)＝46.67，S0.6＝(S10.6+S20.6+S30.6)＝63.33，S0.8＝(S10.8+S20.8+S30.8)＝70.00，进而确定添加不同含量聚合纤维增强该土体抗水软化性能效果分别为中等、中等、良好以及良好。
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