纤维增强固化土复合材料工程力学特性及强化增韧机理研究

Fiber reinforced soil technology and soil curing technology as a new method to improve the performance of soil, can effectively improve and enhance the mechanical properties of the soil. Through combining the fiber physical reinforcement effect and curing agent chemical reinforcement effect, the engineering mechanical properties, strengthening and toughening mechanism, constitutive model of fiber reinforced stabilized soil will be study in this project by experimental studies and theoretical analysis. The main contents of this study: First, the experimental study on basic mechanical properties of fiber reinforced stabilized soil will be carrying out, and the stress-strain behavior, failure deformation and characteristics will be also analyzed; Second, in order to explore the strengthening and toughening mechanism of fibers and curing agent on soil properties, from the microscopic point of view, the interphase interaction between fiber and solidified soil, composite microstructure characteristics will be research; The third, on the basis of experimental research, the constitutive model of fiber reinforced stabilized soil will be build based on the mixture principles of composite materials mechanics, and the triaxial tests will be also carried out on the constitutive model validation. Expected results of this project not only have good reference value on the fiber reinforcement technology and curing agent reinforcement technology in-depth research, but also have certain guiding significance to the application of the new type of soil composite reinforcement technology in the engineering field.

纤维加筋技术和土壤固化技术作为新型的改良土体性能的方法，可有效改善和提高土体的各项力学性能。项目将纤维物理加筋作用和固化剂化学加固作用相结合，以试验研究和理论分析为手段，重点开展纤维增强固化土复合材料的工程力学特性、强化增韧机理及本构模型研究。主要的研究内容有：开展纤维增强固化土复合材料的基本力学特性试验研究，并对其应力-应变性状和变形破坏特征进行分析；在宏观试验的基础上，从微观角度出发，着重对纤维体/固化土体界面相互关系以及复合材料微观结构特征进行研究，进一步探讨纤维和固化剂对土体的复合强化增韧机理；基于复合材料力学中的混合物原则，在试验研究的基础上，构建纤维增强固化土复合材料的组合本构模型，并对本构模型进行试验验证。项目预期研究成果不仅对纤维加筋技术和固化剂加固技术相关理论的深入研究具有较好的参考价值，而且对新型土体复合加固技术在工程建设领域的推广应用具有一定的指导意义。

随着战争形态的改变和未来国家利益的延伸，快速合理地开辟野战机场，是保障航空兵升空作战和战略投送能力的关键技术及战略举措。野战机场的开设具有快速构建、应急使用的特点，“因地制宜，就地取材”，即对现场土体进行直接加固处理构筑土质跑道是可行的跑道快速构建方法。本项目提出纤维加筋和固化剂固化共同作用的土体复合加固新技术。.项目针对野战机场土质跑道的快速构建，提出了纤维增强固化土新技术；以纤维增强固化土复合材料为主要研究对象，揭示了纤维增强固化土的强度、变形等工程力学特性，分析了纤维和固化剂对土体的改良效果，阐明了强化增韧机理，建立了纤维增强固化土复合材料组合本构模型。取得的主要进展如下：（1）得到了代表性土样的基本物理性质，揭示了固化土、纤维加筋土和纤维增强固化土的强度、变形及水稳性等工程力学特性，分析了纤维增强固化土复合材料单轴和三轴状态下的应力-应变曲线特性及变形破坏特征。（2）基于纤维增强固化土复合材料SEM照片和宏观力学性质，揭示了纤维增强固化土复合材料微观结构单元、联接方式及孔隙等微观特征；从界面粘聚力和摩擦力两个方面，探讨了纤维增强固化土复合材料中纤维/固化土体界面的相互作用关系和强化增韧机理，揭示了纤维对土体的一维拉筋效应和三维网状空间结构作用对土体的强化机理，分析了变形破坏和失效机理。（3）基于固化土试验结果和量纲分析原理提出了固化土的非线性本构模型，分析了本构模型的合理性。基于复合材料力学中的混合物原则，把纤维增强固化土中的固化土和纤维材料看成是两种材料的组合体，构建了纤维增强固化土复合材料的组合本构模型；根据试验结果确定了相应的模型参数，初步验证了本构模型的合理性。.该项目研究成果为固化剂固化和纤维加筋共同作用的土体复合加固新技术提供理论支持，可用于国防工程、土木工程、交通运输工程等领域土体的快速、应急加固，具有重要的工程实用价值和良好的应用前景。