关键词：
建筑垃圾土
废旧轮胎
大型静三轴
大型动三轴
室内拉拔试验
摘要：
随着社会不断发展以及人口数量的激增,汽车工业、交通运输业和建筑行业在不断推进的同时大量自然资源被消耗,伴随着大量固体废弃物产生。固体废弃物所带来的危害巨大,如侵占土地、污染水体、空气和资源浪费等,如何减少这类危害已成为全球面临的挑战。废旧轮胎具有质轻、强度高和稳定性能,建筑垃圾回收利用潜力很大,近几年被广泛应用于道路岩土工程。目前国内关于建筑垃圾加筋土的研究较少,缺乏废旧轮胎加筋建筑垃圾土相关研究,这不利于建筑垃圾及废旧轮胎在岩土工程中的应用推广。本文开展了室内基础试验和大型静三轴试验,研究不同粒径和不同砂土含量下建筑垃圾土的静力特性。考虑围压、颗粒级配和砂土含量的影响,通过大型静三轴试验研究了不同粒径建筑垃圾土及建筑垃圾土、砂土混合料的应力-应变、体变、土体割线模量及能量吸收能力特性,并对建筑垃圾土的本构模型进行探讨,综合分析得出建筑垃圾土作为路基填料的最优形式。随后对最优形式下建筑垃圾土的动力特性进行研究。以砂土、双向土工格栅及微型轮胎加筋建筑垃圾土为研究对象,开展大型动三轴试验,分别研究了砂土、未加筋及加筋建筑垃圾土轴向累积变形、超静孔隙水压力发展规律、动应力-动应变和动弹性模量等,并对不同加筋形式下的建筑垃圾土10个循环次数内及10个循环次数后轴向累积变形预估模型进行探讨。最后研究建筑垃圾土及废旧轮胎条的筋-土界面特性,以建筑垃圾土为填料,对不同法向应力下的双向土工格栅、无钢丝废旧轮胎条和钢丝废旧轮胎条进行拉拔试验,评估三种不同筋材的筋-土界面特性,包括拉拔力与拉拔位移的关系、筋-土界面强度参数分析、筋材拉伸应变与拉拔位移关系、界面摩阻力与筋-土相对位移特征和钢丝废旧轮胎条横肋数对筋-土界面强度影响等。本文主要结论如下:（1）在较低的轴向应变下,20 mm建筑垃圾土的峰值偏应力大于40 mm建筑垃圾土。随着轴向应变的增大,40 mm建筑垃圾土的峰值强度逐渐增大。向40 mm建筑垃圾土中掺入适量的砂土,土体由明显的应变硬化和剪缩转变为弱应变硬化和剪胀。且在较小轴向应变下,40 mm建筑垃圾土峰值强度增大。根据抗剪强度参数分析,建筑垃圾土掺入量为40-60%时,建筑垃圾与砂土混合料的抗剪强度最大。Duncan-Chang模型的拟合结果表明,该模型不适用于建筑垃圾土。相反,改进的幂律模型能更好地反映建筑垃圾土的应变软化、硬化、剪胀和剪缩行为。从室内基础试验、生态环境和经济成本的角度出发,建议在道路岩土工程应用中使用20 mm建筑垃圾土。（2）循环次数和动应力幅值对砂土、建筑垃圾土和加筋建筑垃圾土动力性能影响明显,轮胎与双向格栅加筋建筑垃圾土的动力性能差异显著,各试样轴向累积变形试验结果皆符合安定理论。当围压和循环次数一定时,建筑垃圾土临界动应力推算值高于砂土,轮胎顶层加筋效果要优于底层加筋,两层轮胎加筋效果不明显。加筋建筑垃圾土轴向累积变形预估模型在10个循环次数内,符合双曲线模型;在10个循环次数后,符合修正Monismith模型。在塑性安定范围外,超静孔隙水压力变化较大;在塑性安定范围内,轴向累积变形几乎停止,超静孔隙水压力逐渐稳定。对于粗颗粒填料,三维轮胎加筋效果优于二维格栅加筋。（3）双向土工格栅韧性较差,不同法向应力下的峰值强度相近,但拉伸应变差别较大。相比于双向土工格栅,钢丝废旧轮胎条能更好的发挥作用。随着钢丝废旧轮胎条横肋个数增多,筋-土界面强度逐渐提高。钢丝废旧轮胎条肋数为1和3时,筋材局部集中受力现象不明显,导致拉拔位移20 mm后,筋材拉伸应变处于常数;肋数为4时,筋材端承阻力以及筋-土界面摩阻力较大,局部集中受力引起填料中土颗粒滑动甚至破碎。相对于前端位移,筋材后端会产生滞后位移;当拉拔位移较小时,双向土工格栅筋-土界面摩阻力与无肋钢丝废旧轮胎条相似,分布不均。随着拉拔位移增大,筋-土界面摩阻力沿拉拔方向分布逐渐均匀。与双向土工格栅相反,当法向应力较大时,无肋钢丝废旧轮胎条前期拉拔过程中的筋-土界面摩阻力分布不均;当法向应力较小时,无肋钢丝废旧轮胎条前期拉拔过程中的筋-土界面摩阻力分布均匀。法向应力取50 kPa,随着横肋数增多,筋-土界面摩阻力变化接近于0,横端阻力呈线性增大。随着横肋数增多,钢丝废旧轮胎条的拉拔力逐渐增大。钢丝废旧轮胎条规避了双向土工格栅与无钢丝废旧轮胎条的缺点,其强度高、变形小且不易发生断裂破坏。
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