纤维加筋土研究综述

纤维加筋土研究综述
摘要：土工合成材料应用于高路堤中的加筋，可以在一定程度上防止路堤中过大的局部沉降，抑制路堤坡面的侧向位移，保持路堤坡面的稳定，同时改善路堤底部的不均匀沉降，减少对地基的向外挤压应力，从而使路堤的整体强度和稳定性得到提高。

纤维土作为加筋土的一种，有着独特的性能与作用。

纤维加筋土是一种三维均质、各向同性的新型复合工程材料和土体加固技术。

关键词：路堤；加筋；纤维
1 引言
众所周知，土体具有一定的抗压和抗剪强度，但其抗拉强度却很低，因而在工程应用上受到很大程度的限制。

土工加筋技术是一种在土工构筑物中或原位土体中埋设抗拉性能较好的材料，而使整个土工系统的强度和稳定性等力学性能得到明显改善的土体加固方法。

加筋土就是在土体内部埋设抗拉强度较高的材料形成的一种土工复合体。

研究表明[1-5]加筋可使土体中的应力扩散，增加土体的变形模量；传递拉应力，限制土体侧向位移；增加土体和其它材料之间的摩阻力，提高土体及有关建筑物的稳定性。

2纤维土及其发展概况
土工合成纤维是土工合成材料家族的重要一员，有着独特的性能与作用。

然而，到目前为止，对土工合成纤维的工程应用还是一个新的课题。

它在岩土工程中的应用程度，还远远落后于其它类型。

众所周知，在加筋土中带状或片状筋材是沿着一定方向埋设的，因而使得加筋土的力学性质带有显著的各项异性的特点。

在某些情况下，加筋土强度的这种各向异性成为它的一个主要缺点。

土工合成纤维则是通过喷射作业将连续的很细的合成材料纤维或网片状合成纤维同砂土结合在一起所形成的一种土工复合材料。

它是一种均质的三维结构。

由于纤维是均匀而无规则地掺入土中的，因而纤维土可以被视为均质的各向同性的材料。

法国道桥中心研究所的研究成果表明，随着丝状纤维掺入量的增加，丝状纤维土的CBR 值而增大；丝状纤维土的无侧限抗压强度值随着纤维掺入量直线增长；纤维土的摩擦角同无筋土的基本相同，纤维土“粘聚力”是由于土和纤维之间的摩擦力及纤维网的约束力这两者的共同作用而产生的。

英国布拉德福德大学的研究成果表明，连续纤维丝加筋对减小竖直压力下砂土的竖向变形有明显效果；在减小水平力方面，纤维丝优于土工格栅。

Mercer在砂土中掺入了Netlon网片，进行击实后进行CBR试验。

研究表明在沉降量给定的情况下，承载力显著提高。

同时发现在三轴试验中抗剪强度增大，延性增加。

王正宏在粘性土中掺入聚丙烯网进行了三轴试验。

三轴试验结果表明，掺入网片后，强度包线基本上平行于未掺网片的素土的强度包线，即φ角的变化不明显，而粘聚力C有明显增加。

网片掺入量P越大，C值越大[1-3]。

3.土工加筋技术的发展概况
朱湘等考虑了软土层厚度、加筋模量、加筋层数及位置、土与加筋材料间的界面强度、地基强度和施工速度等因素，利用有限元方法对软土地基上的加筋路堤进行了研究。

研究发现，填土的内摩擦角越大，加筋的效果就越好;在路堤中加入筋材，有利于减小路堤的不均匀沉降；位于路堤中部的格栅对路堤软土的受力及变形情况影响不大，但是，对路堤局部的强
度和稳定性有较大影响。

杨锡武以渝长公路上的加筋路堤为依托，对不同布筋方案的加筋路
堤陡边坡的变形形态进行了研究。

研究得出，加筋路堤边坡与不加筋路堤边坡均在路堤高度
的1/3～1/2之间出现最大侧向变形，在此范围内增加筋材的数量能有效地减小路堤的侧向变
形和增加路堤的稳定性。

戴为民等利用有限元方法对土工格网处理桥头跳车机理进行了研究。

研究指出，土工格网分层布置在台背填土内，端部与桥台连接在一起，可以减小台背后一定
范围内的填土的垂直应力和水平应力。

合理地布置土工格网可以使得路基的承载能力、抗变
形能力和抗裂能力得到提高。

S.Murugesan等利用室内模型试验，对不同土工格栅加筋红土
路堤与未加筋路堤在荷载作用下的沉降、坡面侧向位移情况进行了研究。

研究表明在一定的
荷载限度范围内，加筋路堤与未加筋路堤的沉降没有明显差别；但是随着荷载的逐渐增大，
未加筋路堤会发生突然破坏，而加筋路堤则表现为沉降速度加快，路堤逐渐破坏；加筋路堤
的承载能力约为未加筋路堤承载能力的1.5倍。

研究还指出由于加筋材料的对土体的约束作用，使得边坡坡面的侧向位移减小，并且加筋路堤在坡面发生很大变形时仍没有破坏的迹象，这表明加筋路堤承受变形的能力比未加筋路堤要大[4]。

4.问题与发展
近几年，特别是国家做出西部大开发战略决策以来，山区高等级公路得到迅速的发展。

在山区修建高等级公路，不可避免会遇到大量的高填路堤。

一般情况下，100公里长的山区
高等级公路，填方和挖方路基占80%以上，8m以上的填方路堤有40多处，20m以上的填方
路堤有20多处，30m以上的填方路堤也为数不少，最高的填方已达到了近50m。

已建和在建，以及将建的高等级公路均存在大量的高填路堤，高填路堤成为路基的主要结构型式。

采用加筋的手段对高路堤改良是高填方路堤设计一个新的选择，实践表明，在高填方路
堤应用加筋技术有着比较好的前景，加筋能有效的提高高填方路堤的稳定性，一定程度上减
少路堤过大的局部沉降变形，增强高路堤的整体强度和稳定性，但作为一种新的技术，有必
要对加筋高路堤进行理论和试验的研究。

众所周知，在加筋土中带状或者片状筋材是沿一定方向埋设的，因而使得加筋土的力学
性质带有显著的各向异性的特点。

在某些情况下，加筋土强度的这种各向异性成为它的一个
主要缺点。

土工合成纤维土则是通过喷射作业将连续的很细的合成材料纤维或者网片状合成
纤维同砂土结合在一起所形成的一种土工复合材料。

它是一种均质的三维结构。

由于纤维是
均匀而无规则地掺入土中的，因而纤维加筋土可以被视为均质的各向同性的材料。

这样，纤
维加筋土中不存在明显的薄弱面或者薄弱方向，纤维的交织效果使得纤维土在承受外力时，
表现出更大的整体性、更大的受力范围和比较均匀的应力状态。

因此，使用纤维加筋土填筑路堤应该会有更好的工程特性。

对纤维加筋土的强度理论和
补强机理及对纤维加筋土路堤进行研究具有积极的意义。

对加筋条件下的高填方路堤的破坏类型进行研究并总结了其稳定性的分析方法，针对高
填路堤的破坏，总结了一些发展趋势。

（1）在前人的基础上，进一步完善加筋土的强度理论，阐述纤维加筋土的补强机理，
通过三轴试验对不同长度、韧度和配合比的纤维土进行强度特性研究，分析总结纤维长度、
韧度和配合比对纤维土强度的影响。

（2）对纤维加筋条件下的高填方路堤进行离心模型试验，与素土路堤模型试验结果相
对比，分析纤维路堤的位移、应力等情况。

参考文献
[1] R. K. Rowe, Allen Lunzhu Li. Reinforced embankments over soft foundations under undrained and partially drained conditions[J]. Geotextiles and Geomembranes，1999，17:129-146.
[2] 崔伯华. 高速公路软基采用土工合成材料加固处理效果分析[J]. 公路交通大学学报，2001,21(3):13-17.
[3] 周志刚，郑健龙. 公路土工合成材料设计原理及工程应用[M]. 北京:人民交通出版社，2001.
[4] 《土工合成材料工程应用手册》编写委员会，土工合成材料工程应用手册(第二版)[M]. 北京:中国建筑工业出版社.2000年.
作者简介：吕陈伏（1995-），男，汉，重庆潼南，重庆交通大学硕士，研究方向：土木工程。