CN111504781A

CN111504781A - 一种描述纤维加筋土加固效果定量化参数的确定方法

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Publication number: CN111504781A
Application number: CN202010328737.1A
Authority: CN
Inventors: 褚峰
Original assignee: Xian Polytechnic University
Current assignee: Xian Polytechnic University
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2040-04-23
Also published as: CN111504781B

Abstract

本发明公开了一种描述纤维加筋土加固效果定量化参数的确定方法，第一是在单轴抗压强度试验应力路径表达式为：

q为素黄土的单轴抗压强度值；q_r为纤维加筋黄土的单轴抗压强度值；q_l为液限含水量时素黄土的单轴抗压强度值；q_rl为液限含水量时纤维加筋黄土的单轴抗压强度值；F_r为纤维加固因子，F_d为纤维失效因子。第二种在三轴剪切试验应力路径条件下表达式为：

(σ₁‑σ₃)为素黄土在某一轴向应变时的主应力差；(σ₁‑σ₃)_r为纤维加筋土在某一轴向应变时的主应力差；(σ₁‑σ₃)_l为液限含水量时素黄土在某一轴向应变时的主应力差；(σ₁‑σ₃)_rl为液限含水量时纤维加筋土在某一轴向应变时的主应力差；F_r为纤维加固因子，F_d为纤维失效因子。本发明的方法精确度可靠。

Description

一种描述纤维加筋土加固效果定量化参数的确定方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种描述纤维加筋土加固效果定量化参数的确定方法。

背景技术

纤维加筋土是在土体中均匀掺入一定量的天然或人工合成纤维，经拌合后形成类似各向同性的纤维-土混合材料，以达到增强土体强度，改善其使用性能的目的，是一种新型的土壤改良加固技术，在土质边坡及路基工程中逐渐得到推广使用。

目前对纤维加筋土的相关研究中，一部分研究人员通过室内土工试验对纤维加筋土的宏观力学变形特性进行了描述；另一部分研究人员通过微细观试验对纤维加筋土强度变形机理进行了讨论。土体加筋的目的是使其获得更高的强度及更好的稳定性，以改善其实际工程中的使用性能。纤维加筋土的加固机理主要是依靠纤维与土颗粒界面间的粘结力和摩阻力以及加筋纤维之间的交织作用。而当纤维加筋土湿度增加时，由于土颗粒间结合水膜的增厚，纤维与土颗粒之间润滑作用更加显著，纤维在拉拔过程中界面土颗粒重新排列时所需要克服的摩擦功也相应减小，造成纤维与土颗粒界面间的摩阻力急剧降低，同时土颗粒间由于湿度的增大，粘聚力也会相应降低，最终使其强度显著降低。然而，不同纤维掺加条件下的纤维加筋土加固能力及强度消减程度的描述仍然没有一个可以量化的指标。

因此，提出一个可反映纤维加筋土实际加固效果定量化参数的确定方法，将对实际工程的设计及施工提供一些借鉴和参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种描述纤维加筋土加固效果定量化参数的确定方法，解决了现有技术中难以进行指标的量化，存在精确度不足，无法实际考量的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种描述纤维加筋土加固效果定量化参数的确定方法，

第一种，利用单轴抗压强度试验设备采集数据，在单轴抗压强度试验应力路径条件下，加固效果定量化参数的表达式为：

式(1)中，q为素黄土的单轴抗压强度值，单位为kPa；q_r为纤维加筋黄土的单轴抗压强度值，单位为kPa；q_l为液限含水量时素黄土的单轴抗压强度值，单位为kPa；q_rl为液限含水量时纤维加筋黄土的单轴抗压强度值，单位为kPa；分子F_r为纤维加固因子，分母F_d为纤维失效因子。

第二种，利用三轴剪切试验设备采集数据，在三轴剪切试验应力路径条件下，纤维加固效果定量化参数的表达式为：

式(5)中，(σ₁-σ₃)为素黄土在某一轴向应变时的主应力差，单位为kPa；(σ₁-σ₃)_r为纤维加筋土在某一轴向应变时的主应力差，单位为kPa；(σ₁-σ₃)_l为液限含水量时素黄土在某一轴向应变时的主应力差，单位为kPa；(σ₁-σ₃)_rl为液限含水量时纤维加筋土在某一轴向应变时的主应力差，单位为kPa；分子F_r为纤维加固因子，分母F_d为纤维失效因子。

本发明的有益效果是，该纤维加筋土加固效果定量化参数形式简单，数学表达式中构成指标物理意义明确，工程技术人员易于掌握；可以有效的描述纤维加筋土在不同应力路径下的实际加固效果，创造性的用数字指标对纤维加固效果进行判断。

附图说明

图1为纤维加筋土(工况一)单轴抗压强度试验的应力应变曲线，其中，图1a及图1b分别为最优含水量和液限含水量条件下单轴抗压强度试验的应力应变曲线；

图2为纤维加筋土(工况二)单轴抗压强度试验的应力应变曲线，其中，图2a及图2b分别为最优含水量和液限含水量条件下单轴抗压强度试验的应力应变曲线；

图3为纤维加筋土(工况三)单轴抗压强度试验的应力应变曲线，其中，图3a及图3b分别为最优含水量和液限含水量条件下单轴抗压强度试验的应力应变曲线；

图4为纤维加固效果定量化参数Ir与纤维掺加比例(工况一)、纤维长度(工况二)及纤维细度(工况三)之间的变化关系曲线，其中，图4a为纤维加固效果定量化参数Ir与纤维掺加比例之间的关系，图4b为纤维加固效果定量化参数Ir与纤维长度之间的关系，图4c为纤维加固效果定量化参数Ir与纤维细度之间的关系；

图5为最优含水量条件下，同一围压、不同纤维掺加比例时纤维加筋土的三轴剪切应力应变曲线，其中，图5a为围压50kPa时不同纤维掺加比例的三轴剪切应力应变曲线，图5b为围压100kPa时不同纤维掺加比例的三轴剪切应力应变曲线，图5c为围压200kPa时不同纤维掺加比例的三轴剪切应力应变曲线，图5d为围压400kPa时不同纤维掺加比例的三轴剪切应力应变曲线；

图6为液限含水量条件下，同一围压、不同纤维掺加比例时纤维加筋土的三轴剪切应力应变曲线，其中，图6a为围压50kPa时不同纤维掺加比例的三轴剪切应力应变曲线，图6b为围压100kPa时不同纤维掺加比例的三轴剪切应力应变曲线，图6c为围压200kPa时不同纤维掺加比例的三轴剪切应力应变曲线，图6d为围压400kPa时不同纤维掺加比例的三轴剪切应力应变曲线；

图7为纤维加固效果定量化参数I_r随着轴向应变的变化关系曲线，其中，图7a为围压50kPa时纤维加固效果定量化参数I_r随着轴向应变的变化关系曲线，图7b为围压100kPa时纤维加固效果定量化参数I_r随着轴向应变的变化关系曲线，图7c为围压200kPa时纤维加固效果定量化参数I_r随着轴向应变的变化关系曲线，图7d为围压400kPa时纤维加固效果定量化参数I_r随着轴向应变的变化关系曲线；

图8为纤维加固效果定量化参数I_r与粘聚力的关系曲线；

图9为纤维加固效果定量化参数I_r与内摩擦角的关系曲线；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一个可反映纤维加筋土实际加固效果定量化参数，对于不同试验应力路径下所得到的加固效果定量化参数的表达式有所不同。对于单轴抗压强度试验，加固效果定量化参数的表达式由最优含水量条件下及液限含水量条件下素黄土及纤维加筋土的峰值强度进行组合计算表示，可反映不同纤维掺加条件下纤维加筋土的初始加固效果。对于三轴剪切试验，加固效果定量化参数的表达式由最优含水量条件下及液限含水量条件下素黄土及纤维加筋土的剪切过程中的主应力差进行组合计算表示，可反映不同纤维掺加条件下纤维加筋土在受荷变形过程中加固效果的变化，可对纤维加筋土渐进破坏的过程进行描述。上述加固效果定量化参数为无量纲量，在实际工程中使用非常方便，加固效果定量化参数值越大，说明纤维加筋土实际加固效果越好。

本发明的第一种确定方法，利用单轴抗压强度试验设备采集实验数据(这个设备采用现有技术)，在单轴抗压强度试验应力路径条件下，加固效果定量化参数的表达式为：

式(1)中，q为素黄土(未加筋)的单轴抗压强度值，单位为kPa；q_r为纤维加筋黄土的单轴抗压强度值，单位为kPa；q_l为液限含水量时素黄土(未加筋)的单轴抗压强度值，单位为kPa；q_rl为液限含水量时纤维加筋黄土的单轴抗压强度值，单位为kPa；

式(1)中，分子F_r可对纤维加筋黄土的加固性能进行描述，称其为纤维加固因子，当F_r数值越大，说明纤维加筋黄土的单轴抗压强度q_r与素黄土的单轴抗压强度q差值越大，直接说明纤维加筋黄土的加固效果越理想。由于液限含水量是土颗粒中结合水向自由水转化的临界含水量，纤维加筋黄土处于液限含水量时，纤维与土颗粒之间的界面粘结力和摩阻力均有不同程度的减弱，交织的纤维也会随着湿度的增加而在土体中发生整体滑移，这时纤维加固性能会逐渐降低，以至于失效导致土体发生破坏；

分母F_d可对纤维加筋黄土的失效破坏性能进行描述，称其为纤维失效因子，当F_d数值越小，说明在液限含水量时，纤维加筋黄土的单轴抗压强度q_rl与素黄土的单轴抗压强度q_l差值越大，即纤维加筋黄土的单轴抗压强度q_rl更大；换言之，当含水量达到液限时，纤维加筋黄土与素黄土的单轴抗压强度均有不同程度的降低，但由于土性指标、颗粒级配以及掺加纤维性质的不同(纤维掺加比例、纤维长度、纤维细度及纤维表面性质等)会导致纤维加筋黄土的单轴抗压强度q_rl出现差异，q_rl越小说明加固效果丧失较快，即F_d越大；q_rl越大说明加固效果丧失较慢，也即F_d越小；可以说，F_d能够间接的反映纤维加筋黄土的失效性能。

当土体中没有加筋时，分子F_r中q与q_r相等，即分子F_r等于1，分母F_d中q_l与q_rl相等，即分母F_d也等于1，也即纤维加固效果定量化参数I_r等于1。所以说，纤维加固效果定量化参数I_r最小取值为1(即土中没有纤维加筋)，随着纤维的掺加，纤维加固效果定量化参数I_r随之相应增大。当反映纤维加筋土直接加固效果的分子F_r越大，同时反映纤维加筋土失效性能的分母F_d越小时，才可说明纤维加筋土加固效果良好，从数值定量判断，即纤维加固效果定量化参数I_r越大。可以说，纤维加固效果定量化参数I_r能够综合反映纤维加入土体中的实际加固效果。

验证一：

下面以具体试验结果为例，说明本发明的纤维加筋土加固效果定量化参数在单轴抗压强度试验应力路径下的合理性及效果。

分别对三种不同工况(即不同纤维掺加条件)下的纤维加筋黄土进行单轴抗压强度试验研究。工况一试样掺入纤维长度为30mm，纤维细度为60dtex(注：dtex为分特，为10000米纤维的重量，纺织工程中描述纤维粗细的单位)，纤维掺加比例分别为0.05％、0.10％、0.15％、0.20％；工况二试样掺入纤维的比例为0.15％，纤维细度为60dtex，纤维长度分别为10mm、20mm、30mm、40mm；工况三试样掺入纤维的比例为0.15％，纤维长度为30mm，纤维细度分别为60dtex、90dtex、120dtex、150dtex。以上纤维掺加比例为相同质量下干土质量的百分比。试样干密度可依据实际现场路基工程施工的压实度确定，试样干密度约为1.56g/cm³。三种不同工况下，试样湿度的配置分为两组，一组选用击实试验所确定的最优含水量，为18.3％；同时研究证明，在实际工程中，湿度的增大是造成纤维加筋土体失效破坏的最大诱因之一，为了测试纤维加筋土在高湿度条件下的强度变形特性，另外一组试样的含水量配置为土的液限含水量。试样圆柱体直径152mm，高度170mm。

根据图1a可见，工况一条件下纤维加筋黄土曲线峰值点均位于素黄土曲线峰值点之上，随着黄土中纤维掺加比例的提高，曲线的峰值点逐渐上移，说明素黄土中掺加一定比例的纤维可以显著提高其单轴抗压强度，同时随着纤维掺加比例的增大，纤维加筋黄土单轴抗压强度逐渐增大。通过数据分析发现，当纤维掺加比例分别为0.05％、0.10％、0.15％、0.20％时，纤维加筋黄土单轴抗压强度相较素黄土可分别提高40.4％、75.7％、90.3％、154.7％。这是由于素黄土试样中掺加纤维，在纤维表面与土颗粒之间产生一定的摩擦力，同时纤维之间形成一定的网状拉结，随着纤维掺加比例的增大，摩擦力也相应增大，网状拉结效应也逐渐增强，宏观上反映出试样单轴抗压强度随纤维掺加比例的增大而增大。通过图1b可知，当湿度增大至液限含水量时，纤维加筋黄土应力应变曲线的峰值点均位于素黄土曲线峰值点之上，与最优含水量时的曲线峰值点相比，液限含水量时曲线峰值均有较大幅度的降低，当纤维掺加比例分别为0.05％、0.10％、0.15％、0.20％时，液限含水量时纤维加筋黄土的单轴抗压强度分别为最优含水量时单轴抗压强度值的29.2％、29.9％、31.0％、25.8％。

根据图2a可见，工况二条件下随着黄土中掺加纤维长度的增大，曲线的峰值点逐渐上移，说明随着掺加纤维长度的增大，纤维加筋黄土单轴抗压强度逐渐增大。当掺加纤维长度分别为10mm、20mm、30mm、40mm时，纤维加筋黄土单轴抗压强度相较素黄土可分别提高22.8％、73.2％、93.6％、120.4％。其可能原因是由于试样在受荷失效过程中，随着掺加纤维长度的增大，试样变形时纤维更不易从试样破坏面处拉出，导致其拉应力更大，宏观上反映出试样的单轴抗压强度更大。通过图2b可知，当湿度增大至液限含水量时，纤维加筋黄土应力应变曲线的峰值点相较最优含水量时曲线的峰值点均有较大幅度的降低，当掺加纤维长度分别为10mm、20mm、30mm、40mm时，液限含水量时纤维加筋黄土的单轴抗压强度分别为最优含水量时的29.5％、23.4％、29.6％、31.7％。

根据图3a可见，工况三条件下随着黄土中掺加纤维细度的减小，曲线的峰值点逐渐上移，说明随着掺加纤维细度的减小，纤维加筋黄土单轴抗压强度逐渐增大。当掺加纤维细度分别为150dtex、120dtex、90dtex、60dtex时，纤维加筋黄土单轴抗压强度相较素黄土可分别提高51.3％、67.2％、86.9％、90.3％。其可能的原因是纤维细度较小时，在掺加比例(注：掺加比例为质量比)相同的条件下，纤维在土中的分布更广泛，网状拉结效应更加显著，同时其与土颗粒接触的总表面积较细度大的纤维更大，使得摩擦效应也更加明显，反映出单轴抗压强度随着掺加纤维细度的减小而逐渐增大。通过图3b可知，当湿度增大至液限含水量时，纤维加筋黄土应力应变曲线的峰值点相较最优含水量时曲线的峰值点均有所降低，当掺加纤维细度分别为150dtex、120dtex、90dtex、60dtex时，液限含水量时纤维加筋黄土的单轴抗压强度分别为最优含水量时的32.7％、31.8％、30.6％、31.2％。

根据提出的纤维加固效果定量化参数表达式可计算得到三种不同工况条件下纤维加筋黄土的加固因子F_r和失效因子F_d，如表1所示。

表1、纤维加筋黄土加固因子F_r和失效因子F_d

通过表1可以看出，纤维加固因子F_r随着纤维掺加比例和纤维长度的增大均呈现逐渐增大的变化趋势，随着纤维细度的减小呈现逐渐增大的变化趋势；纤维失效因子F_d随着纤维掺加比例和纤维长度的增大呈现逐渐减小的变化趋势，而随着纤维细度的减小基本保持不变。以上的变化趋势说明，适当增大土中纤维掺加比例及纤维长度可以较为显著的提高土体的加固性能，同时有助于提高纤维加筋土在高湿度条件下的稳定性；而降低土中掺加纤维的细度可以在一定程度上提高纤维加筋土的加固能力，但在提高纤维加筋土高湿度条件下的稳定性方面作用有限。

结合式(1)可以计算出三种不同工况条件下的综合反映纤维加筋土加固性能的纤维加固效果定量化参数I_r，分别绘制出纤维加固效果定量化参数I_r与纤维掺加比例(工况一)、纤维长度(工况二)及纤维细度(工况三)之间的变化关系曲线。通过图4a、图4b、图4c可见，纤维加固效果定量化参数I_r随着纤维掺加比例和纤维长度的增大而逐渐增大，而随着纤维细度的增大而逐渐减小。图4a、图4b、图4c的曲线变化趋势均可用指数函数进行拟合，分别见以下三式。

以上三式中，I_r为纤维加固效果定量化参数；μ为纤维掺加比例，％；l为纤维长度，单位为mm；d为纤维细度，dtex；a₁、b₁、a₂、b₂、a₃、b₃分别为单轴抗压强度试验相关参数，取值分别为1.26、680.5、0.91、0.044、3.53、-0.0036。

在实际工程中，工程技术人员可以应用纤维加固效果定量化参数I_r综合反映一定密度及湿度状态下，不同纤维掺加工况条件下纤维加筋土的加固性能。

本发明的第二种确定方法，利用三轴剪切试验设备采集实验数据(这个设备采用现有技术)，在三轴剪切试验应力路径条件下，纤维加固效果定量化参数的表达式为：

式(5)中，(σ₁-σ₃)为素黄土(未加筋)在某一轴向应变时的主应力差，单位为kPa；(σ₁-σ₃)_r为纤维加筋土在某一轴向应变时的主应力差，单位为kPa；(σ₁-σ₃)_l为液限含水量时素黄土(未加筋)在某一轴向应变时的主应力差，单位为kPa；(σ₁-σ₃)_rl为液限含水量时纤维加筋土在某一轴向应变时的主应力差，单位为kPa。

在纤维加固效果定量化参数表达式中，可将分子分母的表达式分别进行讨论。分子F_r可对纤维加筋土的加固性能进行描述，称其为纤维加固因子。当F_r数值越大，说明纤维加筋土所受剪应力(σ₁-σ₃)_r与素黄土所受剪应力(σ₁-σ₃)差值越大，可以直接说明纤维加筋土的加固效果越理想。由于液限含水量是土颗粒中结合水向自由水转化的临界含水量，纤维加筋土处于液限含水量时，纤维与土颗粒之间的界面粘结力和摩阻力均有不同程度地减弱，交织的纤维也会随着湿度的增加而在土体中发生整体滑移，这时纤维加固性能会逐渐降低，以至于失效导致土体发生破坏。分母F_d可对纤维加筋土的失效破坏性能进行描述，称其为纤维失效因子。当F_d越小，说明在液限含水量时，纤维加筋土所受到的剪应力(σ₁-σ₃)_rl与素黄土所受到的剪应力(σ₁-σ₃)_l差值越大，即纤维加筋土所受到的剪应力(σ₁-σ₃)_rl更大；换言之，当含水量达到液限时，纤维加筋土与素黄土所受到的剪应力均有不同程度地降低，但由于土性指标、颗粒级配以及掺加纤维性质的不同(纤维长度、纤维细度、纤维弯曲状态及纤维表面性质等)会导致(σ₁-σ₃)_rl出现差异，(σ₁-σ₃)_rl越小说明加固效果丧失较快，即F_d越大；(σ₁-σ₃)_rl越大说明加固效果丧失较慢，也即F_d越小。可以说，F_d能够间接地反映纤维加筋土的失效性能。

当土体中没有加筋时，分子F_r中(σ₁-σ₃)与(σ₁-σ₃)_r相等，即分子F_r等于1，分母F_d中(σ₁-σ₃)_l与(σ₁-σ₃)_rl相等，即分母F_d也等于1，也即纤维加固效果定量化参数I_r等于1。所以说，纤维加固效果定量化参数I_r最小取值为1(即土中没有纤维加筋)，随着纤维的掺加，纤维加固效果定量化参数I_r随之相应增大。当反映纤维加筋土直接加固效果的分子F_r越大，同时反映纤维加筋土失效性能的分母F_d越小时，才可以说明纤维加筋土的加固效果良好，从数值定量判断，即纤维加固效果定量化参数I_r越大。可以说，纤维加固效果定量化参数I_r能够综合反映纤维加入土体中的实际加固效果。

验证二：

下面以具体试验结果为例，说明本发明的纤维加筋土加固效果定量化参数在三轴剪切试验应力路径条件下的合理性及效果。

三轴剪切试验试样掺入纤维长度为30mm，纤维细度为60dtex，纤维掺加比例分别为0.05％、0.10％、0.15％、0.20％。试样干密度为1.56g/cm³，试样含水量配置为最优含水量18.3％。试验固结围压分别为50kPa、100kPa、200kPa、400kPa，采用固结排水剪。试样为圆柱体，直径为61.8mm，高度为125mm。

根据图5a、图5b、图5c、图5d可见，同一围压、不同纤维掺加比例条件下，纤维加筋土应力应变曲线均属于应变硬化型的变化趋势，纤维加筋土应力应变曲线均位于素黄土上方；同一轴向应变下，随着纤维掺加比例的提高，曲线逐渐上移，即纤维加筋土所受到的剪应力逐渐增大。说明素黄土中掺加一定比例的纤维材料可以显著提高土体的抗剪强度。随着围压的增大，纤维加筋土应力应变曲线逐渐靠近，这说明围压的大小对土体的加筋效果影响较大，当围压较小时，加筋效果明显，随着围压的增大，土体的加筋效果逐渐减弱。

根据图6a、图6b、图6c、图6d可见，液限含水量条件下，相同围压，不同纤维掺加比例的纤维加筋土应力应变曲线与图5a、图5b、图5c、图5d中的曲线有着相同的变化趋势。图5a和图6a为围压50kPa、湿度分别为最优含水量和液限含水量条件下，纤维掺加比例分别为0％、0.05％、0.10％、0.15％、0.20％时的应力应变曲线，图5a和图6a曲线的峰值点应力分别为310.5kPa、353.2kPa、385.3kPa、411.2kPa、490.5kPa和111.8kPa、133.6kPa、203.7kPa、244.4kPa、303.1kPa。图5b和图6b为围压100kPa、湿度分别为最优含水量和液限含水量条件下，纤维掺加比例分别为0％、0.05％、0.10％、0.15％、0.20％时的应力应变曲线，图5b和图6b曲线的峰值点应力分别为338.3kPa、359.9kPa、452.5kPa、505.6kPa、553.1kPa和190.3kPa、212.9kPa、267.8kPa、318.9kPa、360.2kPa。图5c和图6c为围压200kPa、湿度分别为最优含水量和液限含水量条件下，纤维掺加比例分别为0％、0.05％、0.10％、0.15％、0.20％时的应力应变曲线，图5c和图6c曲线的峰值点应力分别为639.2kPa、674.6kPa、755.9kPa、803.3kPa、866.9kPa和262.5kPa、292.9kPa、368.9kPa、422.7kPa、462.2kPa。图5d和图6d为围压400kPa、湿度分别为最优含水量和液限含水量条件下，纤维掺加比例分别为0％、0.05％、0.10％、0.15％、0.20％时的应力应变曲线，图5d和图6d曲线的峰值点应力分别为1111.3kPa、1117.8kPa、1180.8kPa、1255.3kPa、1290.6kPa和370.4kPa、421.7kPa、491.4kPa、571.3kPa、633.2kPa。说明液限含水量条件下纤维加筋土所受到的剪应力要小于最优含水量条件下纤维加筋土所受到的剪应力，说明土体中湿度的增加可以显著降低纤维在土体中的加固效果。

结合式(5)可以计算出三轴剪切试验应力路径条件下，剪切过程中可以综合反映纤维加筋土加固性能的纤维加固效果定量化参数I_r。

根据图7a、图7b、图7c、图7d可见，同一围压下，纤维加固效果定量化参数I_r随着轴向应变的增加而逐渐减小。这是由于在土体应变的发展过程中，部分纤维发生滑移从土中拔出或被拉断，导致纤维与土颗粒之间的摩阻力和粘结力降低，从而纤维加固效果定量化参数I_r逐渐降低，这其中近似以轴向应变为2％为界限，当轴向应变小于2％时，纤维加固效果定量化参数I_r随着轴向应变的增加降低较快；当轴向应变大于2％时，曲线变得较为平缓，即纤维加固效果定量化参数I_r降低放缓。说明轴向应变的逐步发展对纤维加筋土体的效果影响显著。随着纤维掺加比例的不断提高，同一轴向应变下纤维加固效果定量化参数I_r随之增大；随着围压的增大，同一轴向应变下，不同纤维掺加比例的纤维加筋土其纤维加固效果定量化参数I_r也随之增大。这说明土体中纤维掺加比例的提高以及围压的增大，可以有效地增强土体与纤维之间的摩阻力和粘结力，从而纤维加固效果定量化参数I_r得到提高。在实际工程施工中，可以适当增加纤维掺量及增大压实度来提高纤维加筋土的加筋效果。

通过图7a、图7b、图7c、图7d发现纤维加固效果定量化参数I_r与轴向应变的变化关系可近似用以下对数函数进行拟合：

I_r＝m₁·lnε₁+n₁ (6)

上式中，I_r为纤维加固效果定量化参数；ε₁为轴向应变，％；m₁、n₁分别为试验相关参数，其根据不同的围压及纤维掺加比例发生相应改变。

根据图8可见，粘聚力随着纤维加固效果定量化参数I_r的增大而增大，说明一定比例的纤维加入土体可以有效地提高土体的粘聚力。其关系可用双曲线函数进行近似拟合，表达式(7)如下：

式(7)中，c为土体粘聚力，单位为kPa；I_r为纤维加固效果定量化参数；a、b、B分别为试验相关参数，取值分别为0.076、0.0023、28.2。

根据图9可见，土体内摩擦角随着纤维加固效果定量化参数I_r的增加变化幅度很小，可近似地认为内摩擦角保持不变。

本发明的纤维加筋土加固效果定量化参数根据具体纤维加筋土土工试验得出，其表达式相对简单，组成参数物理意义明确，易于被工程设计及现场技术人员所掌握。本发明的纤维加筋土加固效果定量化参数表达式分为纤维加固指数和纤维失效指数两个组成部分，每个组成部分均有明确的表达意义，可以综合描述一定湿密度状态下，不同纤维掺加条件下纤维加筋土的实际加固效果，填补了国内相关技术空白。经过两种不同应力路径试验(单轴抗压强度试验应力路径和三轴剪切试验应力路径)的验证，证明了本发明的合理性和适用性，值得在岩土工程测试技术领域进一步推广。

Claims

1.一种描述纤维加筋土加固效果定量化参数的确定方法，其特征在于：利用单轴抗压强度试验设备采集实验数据，在单轴抗压强度试验应力路径条件下，加固效果定量化参数的表达式为：

2.根据权利要求1所述的描述纤维加筋土加固效果定量化参数的确定方法，其特征在于：当土体中没有加筋时，分子F_r中q与q_r相等，即分子F_r等于1，分母F_d中q_l与q_rl相等，即分母F_d也等于1，也即纤维加固效果定量化参数I_r等于1。

3.一种描述纤维加筋土加固效果定量化参数的确定方法，其特征在于：利用三轴剪切试验设备采集实验数据，在三轴剪切试验应力路径条件下，纤维加固效果定量化参数的表达式为：

4.根据权利要求3所述的描述纤维加筋土加固效果定量化参数的确定方法，其特征在于：当土体中没有加筋时，分子F_r中(σ₁-σ₃)与(σ₁-σ₃)_r相等，即分子F_r等于1，分母F_d中(σ₁-σ₃)_l与(σ₁-σ₃)_rl相等，即分母F_d也等于1，也即纤维加固效果定量化参数I_r等于1。