余 浩，余振錫

(安徽工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243000)

0 引 言

軟土廣泛分布于我國(guó)沿海平原、三角州及湖泊周?chē)?，由于其含水量較高，孔隙比大，很容易由于抗剪強(qiáng)度低導(dǎo)致沉降變形大引發(fā)諸多工程問(wèn)題[1-2]。隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)軟土地基的工程性能要求越來(lái)越高，需要進(jìn)一步對(duì)軟土地基進(jìn)行有效處理，劉佳鈺、秦茂潔[3- 4]等對(duì)此進(jìn)行了研究。軟土地基處理方法分為物理加固法和化學(xué)加固法。其中，物理處理法有著耗時(shí)長(zhǎng)、造價(jià)高、對(duì)周邊環(huán)境影響較大等諸多不足，因此難以適用于實(shí)際工程當(dāng)中。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐步針對(duì)更加高效的化學(xué)加固法研發(fā)新的土壤固化劑。Latif[5- 6]等研發(fā)了適用于高鐵和高鋁土壤的SH- 85、TX- 85土壤固化劑。黃新通過(guò)廢石膏研發(fā)了一種新型CG型固化劑，可用來(lái)加固有機(jī)質(zhì)土[7]。上述2種都是無(wú)機(jī)類(lèi)土壤固化劑，因其化學(xué)反應(yīng)的局限性和不可逆性，導(dǎo)致固化劑用量大，運(yùn)輸成本高且對(duì)土體的生長(zhǎng)環(huán)境造成傷害，使用有一定的局限性。通過(guò)不斷探索，雷諾首次提出使用離子型固化劑加固土體[8]，這種固化劑加固原理基于Kayadelen、Rajasekaran提出的土壤顆粒的雙電層理論改善加固土壤[9-10]，代表性的土壤固化劑有路邦EN-1、SA- 44/LS- 40等[11-12]，但此類(lèi)土壤固化劑的壽命較短，適用于短期工程。Andre等最早提出利用動(dòng)植物分泌的蛋白酶加固土壤，并將之命名為生物酶類(lèi)土壤固化劑[13]，這種固化劑最突出的優(yōu)勢(shì)是對(duì)環(huán)境沒(méi)有傷害，但仍有壽命較短的問(wèn)題。相比于上述土壤固化劑，還有一種有機(jī)類(lèi)土壤固化劑有摻入量小、耐久性好等綜合優(yōu)勢(shì)，是加固軟土地基很好的選擇，這種固化劑主要以物理反應(yīng)為主，有機(jī)類(lèi)固化劑滲入到土顆粒界面內(nèi)部，包裹纏繞土顆粒，從而提高土顆粒粘聚力。有機(jī)類(lèi)土壤固化劑已經(jīng)發(fā)展了很多產(chǎn)品，如CON-AID公司生產(chǎn)的康耐(CON-AID)型有機(jī)固化劑[14]、河海大學(xué)研發(fā)的PU型土壤固化劑[15]、王銀梅等研發(fā)的SH土壤固化劑[16]。

當(dāng)前，基于纖維改良土已有了一定的研究基礎(chǔ)，其中聚丙烯纖維、玄武巖纖維和鋼纖維應(yīng)用較為廣泛，但都存在分散性較差、制作成本高的問(wèn)題[17]。PVA纖維是一種以聚乙烯為原料制成的合成纖維，表面可吸附一定自由水，不僅抗拉強(qiáng)度高，彈性模量大，且有很好的親水性，可溶于水中進(jìn)行土壤固化[18]，兼具纖維較高的抗拉強(qiáng)度、有機(jī)高分子聚合物包裹纏繞能力和其可溶于水的優(yōu)點(diǎn)。這種纖維性能穩(wěn)定，耐酸耐堿，加入后可以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定狀態(tài)，環(huán)保性能較好。為此，本文對(duì)PVA纖維改良軟土的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，探討PVA纖維在軟土加固領(lǐng)域的適用性，利用動(dòng)三軸試驗(yàn)確定PVA纖維改良土的路用性能，并通過(guò)掃描電鏡試驗(yàn)和壓汞試驗(yàn)確定其改良機(jī)理。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)所用土取自安徽省馬鞍山市當(dāng)涂縣軟土地區(qū)，屬于Q4全新統(tǒng)沖洪積層，灰色，天然含水量高，為軟塑～流塑狀態(tài)。原狀軟土基本物理參數(shù)見(jiàn)表1。PVA纖維為安徽皖維公司生產(chǎn)，見(jiàn)圖1。水泥使用安徽海螺水泥寧國(guó)廠水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5型普通硅酸鹽水泥。

表1 原狀軟土的基本物理參數(shù)

圖1 水溶性PVA纖維

1.2 試驗(yàn)方法

定義PVA纖維摻入比PR為PVA纖維質(zhì)量與混合土總質(zhì)量的比值，依次取PR=0、1%、2%、3%、4%和5%。根據(jù)現(xiàn)有研究成果，水泥采用摻量為3%、4%，5%進(jìn)行試驗(yàn)。其中，最大干密度性能根據(jù)手動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；界限含水量試驗(yàn)根據(jù)液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行液塑限試驗(yàn)評(píng)價(jià)；靜強(qiáng)度通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)評(píng)價(jià)；膨脹性根據(jù)自由膨脹率試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；動(dòng)強(qiáng)度、動(dòng)剪切模量及阻尼比采用動(dòng)三軸試驗(yàn)。

采用擾動(dòng)土進(jìn)行試驗(yàn)，制樣時(shí)首先將軟土在(100±5)℃(膨脹性試驗(yàn)在105～110℃)下烘干碾碎，過(guò)5 mm篩，膨脹性試驗(yàn)過(guò)0.5 mm篩，放入干燥器備用。然后按照固化劑摻量將可溶性聚乙烯醇纖維融入60～80℃的水中，用磁力棒充分?jǐn)嚢杈鶆?。按照預(yù)先設(shè)定的含水量均勻?qū)⑺畤娙胪林?，充分拌和后進(jìn)行制樣。擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)，同時(shí)對(duì)單摻水泥和單摻PVA纖維進(jìn)行擊實(shí)，采用14%、16%、18%、20%和22%等5個(gè)含水量。將制好的試樣在溫度為20℃、濕度為95%的條件下養(yǎng)護(hù)28 d。軟土試樣見(jiàn)圖2。動(dòng)三軸試驗(yàn)選取素土、PVA纖維的最優(yōu)摻量和水泥改良土的最優(yōu)摻量土樣進(jìn)行試驗(yàn)。

圖2 軟土試樣

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)

本次試驗(yàn)參照GB/T 50123—1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，使用輕型手動(dòng)擊實(shí)器，單位體積擊實(shí)功592.2 kJ/m3，均勻分3層，每層25擊進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，擊實(shí)試驗(yàn)保證在水泥水化之前進(jìn)行。試驗(yàn)得出最大含水量、最佳干密度隨固化劑摻量的關(guān)系見(jiàn)圖3、4。

圖3 最佳含水量隨固化劑摻量的關(guān)系

從圖3可知，加入水泥和PVA纖維后，軟土的最佳含水量均較素土有所增大，且隨著固化劑的增加，2種改良土的最佳含水量均有不同程度的增大。改良軟土的最佳含水量隨著水泥摻量的增加呈現(xiàn)出近似線性的關(guān)系增加，增加速率也隨著固化劑摻量呈正相關(guān)關(guān)系。隨著PVA纖維摻量的增加，PVA纖維在2%以?xún)?nèi)時(shí)，最佳含水量與PVA纖維近似呈線性關(guān)系；PVA纖維摻量為2%以上時(shí)，其最佳含水量的增加速度變緩。當(dāng)固化劑摻量超過(guò)4%時(shí)，固化劑摻量對(duì)最佳含水量的改變作用不明顯。從圖4可知，水泥的摻入可以增加改良軟土的最大干密度，隨著水泥摻入量的增加，最大干密度的增長(zhǎng)規(guī)律呈線性關(guān)系，且水泥改良土的最大干密度大于PVA纖維改良土。PVA纖維的摻入量在3%以?xún)?nèi)時(shí)，不會(huì)對(duì)改良土的最大干密度造成顯著影響；當(dāng)摻入量大于3%時(shí)會(huì)稍有增加。

圖4 最大干密度隨固化劑摻量的關(guān)系

2.2 界限含水量試驗(yàn)

本次試驗(yàn)參照GB/T 50123—1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，使用SYS數(shù)顯液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)定素土、不同摻量的水泥改良土和PVA纖維改良土的液限、塑限。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5、6、7。

圖5 塑限隨固化劑摻量的關(guān)系

從圖5可知，加入水泥和PVA纖維后改良土的塑限均有不同程度的提高，且PVA纖維對(duì)改良土塑限的提高幅度大于同摻量水泥的提高幅度。當(dāng)PR≤3%時(shí)，塑限增長(zhǎng)幅度較小，其關(guān)系曲線接近直線；當(dāng)PR>3%時(shí)，塑限增長(zhǎng)幅度較大。因此，在實(shí)際工程的固化劑摻量設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意3%的分界線。在軟土中摻入水泥的過(guò)程中，塑限也呈現(xiàn)緩慢的增長(zhǎng)，但不是線性增長(zhǎng)關(guān)系；水泥摻入量超過(guò)4%時(shí)，稍有下降趨勢(shì)。從圖6可知，加入PVA纖維和水泥后改良土的液限均有所增長(zhǎng)，且同摻量的PVA纖維改良土液限較水泥改良土液限大。PVA纖維改良土液限隨固化劑摻量呈直線增長(zhǎng)。從圖7可知，PVA纖維對(duì)改良軟土的塑性指數(shù)的影響在摻入量為3%時(shí)最大，水泥改良土的對(duì)塑性指數(shù)變化影響較低。

圖6 液限隨固化劑摻量的關(guān)系

圖7 塑性指數(shù)隨固化劑摻量的關(guān)系

綜上，水泥和PVA纖維都使軟土的界限含水量整體右移?？赡苁怯捎谒嗉尤牒笮枰账诌M(jìn)行水化反應(yīng)，消耗掉一部分自由水，使改良土宏觀上表現(xiàn)為液限和塑限都有所增加。PVA纖維的加入后，PVA纖維會(huì)吸收自由水并將粘附的細(xì)小顆粒膠結(jié)在一起，消耗更多自由水，因而可吸附更大的水膜，從而造成液塑限整體右移。

2.3 膨脹性試驗(yàn)

膨脹率是反應(yīng)黏土物理性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)之一，與黏土的礦物成分有著密切聯(lián)系，PVA纖維與土壤是否有新的礦物成分未知。通過(guò)線性膨脹率試驗(yàn)測(cè)定在軟土工程中摻入PVA纖維后其膨脹性與摻量的關(guān)系曲線，可初步判定改良土的膨脹性。本次試驗(yàn)參照GB/T 50123—1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中無(wú)荷載膨脹率試驗(yàn)進(jìn)行。不同時(shí)間內(nèi)最大線性膨脹率與固化劑摻量的關(guān)系見(jiàn)圖8。

圖8 膨脹率隨固化劑摻量的關(guān)系

從圖8可知，軟土稍有膨脹性，因?yàn)橥林泻蓄w粒粒徑較細(xì)的親水礦物，這些親水礦物吸水導(dǎo)致土體膨脹。水泥和PVA纖維都可以降低軟土的膨脹率，PVA纖維改良土曲線在水泥改良土的下方，說(shuō)明 PVA纖維改良土膨脹性能較水泥改良土效果好。2種固化劑對(duì)膨脹性能改良的機(jī)理不同，PVA纖維加入軟土過(guò)程中，改善了親水黏土礦物的界面活性，使親水黏土礦物的吸水性能大幅降低，因此降低了土壤的膨脹性能；而水泥加入軟土過(guò)程發(fā)生了水化反應(yīng)，生成粘結(jié)礦物將土顆粒粘結(jié)起來(lái)，一定程度上阻止了土顆粒的吸水能力。

2.4 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)通過(guò)單向壓力作用下測(cè)定土的抗壓強(qiáng)度，即不在側(cè)面施加圍壓的工況下評(píng)價(jià)土的強(qiáng)度指標(biāo)，是評(píng)價(jià)無(wú)機(jī)結(jié)合料改良土強(qiáng)度最常用的指標(biāo)之一。但實(shí)際工況都存在側(cè)向土壓力，因此，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度通常作為改良效果的參考指標(biāo)。本次試驗(yàn)采用電液伺服壓力機(jī)，對(duì)養(yǎng)護(hù)28 d的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)，控制壓力機(jī)位移為2 mm/s。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與固化劑摻量關(guān)系見(jiàn)圖9。

圖9 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨固化劑摻量的關(guān)系

從圖9可知，水泥和PVA纖維對(duì)軟土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度都有顯著提升，且都隨著固化劑摻量的增加而增加，PR=3%時(shí)，改良土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高近2倍。2種固化劑強(qiáng)度曲線斜率相近，說(shuō)明2種固化劑對(duì)軟土改良能力相近。水泥改良土的增長(zhǎng)趨勢(shì)在3%～5%內(nèi)呈線性增長(zhǎng)。PVA纖維的摻量在3%處作為分界線，當(dāng)PR≤3%時(shí)，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨固化劑的摻量呈線性增加，且3%處PVA纖維無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于同摻量下水泥改良土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度；當(dāng)PR>3%時(shí)，PVA纖維改良土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速度變緩，說(shuō)明此時(shí)PVA纖維的改良作用趨于飽和狀態(tài)；當(dāng)PR為3%～4%時(shí)，PVA纖維改良土強(qiáng)度大于水泥改良強(qiáng)度，且強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)不足。為了保證改良土的經(jīng)濟(jì)性，建議將PVA纖維改良土的最優(yōu)摻量定為3%～4%。

圖10為PVA纖維加入前后的試樣破壞形態(tài)。從圖10可以看出，未摻入PVA纖維與PR=3%改良土的破壞形態(tài)變化有很大的差別。未摻入PVA纖維時(shí)，試樣有1條貫通的斜向裂縫，其他部分未有明顯的變形。當(dāng)PVA纖維摻量PR=3%時(shí)，試樣有1條豎向的主裂縫，且呈現(xiàn)出許多微小的豎向裂縫，試樣中間部分向周邊膨脹，到破壞時(shí)試樣的整體性還較好。

圖10 試樣破壞形態(tài)

圖11為素土、PVA纖維改良土、水泥改良土3種試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從圖11可以看出，素土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系介于應(yīng)變硬化型和應(yīng)變軟化型間，土樣變形能力較低，在一定變形時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)度峰值后強(qiáng)度逐步降低。水泥改良土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)出典型的脆性破壞特征，即在應(yīng)變超過(guò)2.5%后，強(qiáng)度瞬間降低，說(shuō)明水泥改良土在提高強(qiáng)度的同時(shí)降低了土體的變形能力。

圖11 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

綜上，加入PVA纖維后，不連續(xù)的PVA纖維分散在改良土中，形成遍布結(jié)構(gòu)整體的纖維網(wǎng)，軟土的細(xì)小黏土顆粒依附于纖維上，形成微加筋效果。PVA纖維的微加筋性能和包裹性能在提高土體強(qiáng)度的同時(shí)也提高了改良土的變形能力，在此基礎(chǔ)上使得試樣的延性增強(qiáng)，破壞特征得以改善。

2.5 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)

選取素土、摻量為3%的PVA纖維改良土、摻量為3%的水泥改良土3個(gè)具有代表性的試樣進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)，取累計(jì)塑性應(yīng)變?yōu)?%處的動(dòng)應(yīng)力幅值為改良土的動(dòng)強(qiáng)度。為測(cè)定改良土的動(dòng)內(nèi)摩擦角和動(dòng)粘聚力，選取圍壓分別為50、100、150 kPa。由于頻率為1 Hz下路基動(dòng)力響應(yīng)最大[19]，故加載頻率選取1 Hz。計(jì)算公式為

Ed=σd/(εd)

(1)

λ=As/(Ad·π)

(2)

Gd=Ed/(2(1+μd))

(3)

式中，Ed為動(dòng)彈性模量；εd為動(dòng)應(yīng)變；σd為動(dòng)應(yīng)力幅值；λ為阻尼比；As為滯回圈的面積；Ad為包圍的面積；Gd為動(dòng)剪切模量；μd為泊松比，根據(jù)GB/T 50269—2015《地基動(dòng)力特性測(cè)試規(guī)范》，取μd=0.5。

圍壓為50 kPa時(shí)，改良土的動(dòng)強(qiáng)度、動(dòng)粘聚力、動(dòng)內(nèi)摩擦角見(jiàn)圖12、13。從圖12可知，改良土的動(dòng)強(qiáng)度變化趨勢(shì)與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度相同，都有較大幅度的提高。PVA纖維改良土動(dòng)強(qiáng)度較素土提高了454.5%。稍低于水泥改良軟土的強(qiáng)度，低3.83%。從圖13可知，PVA纖維可同時(shí)提高改良土的動(dòng)內(nèi)摩擦角和動(dòng)粘聚力，且動(dòng)粘聚力提高幅度較動(dòng)內(nèi)摩擦角大；而水泥改良土與PVA纖維相反，動(dòng)內(nèi)摩擦角的提高幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于動(dòng)粘聚力的提高幅度?？梢?jiàn)，雖然PVA纖維和水泥可同時(shí)提高改良土的動(dòng)強(qiáng)度，但強(qiáng)度提高機(jī)理不同。

圖12 改良土的動(dòng)強(qiáng)度

圖13 改良土的動(dòng)內(nèi)摩擦角、動(dòng)粘聚力

通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算，得出了改良土的動(dòng)剪切模量值和阻尼比。改良土的動(dòng)剪切模量見(jiàn)圖14。從圖14可知，改良土的動(dòng)剪切模量隨著動(dòng)剪應(yīng)變的增長(zhǎng)呈非線性衰減趨勢(shì)，當(dāng)動(dòng)剪應(yīng)變?chǔ)胐<0.2%時(shí)衰減速度較快，γd>0.2%時(shí)衰減速度趨于平緩，且水泥改良土的動(dòng)剪切模量值大部分大于素土和PVA纖維改良土的動(dòng)剪切模量值。可見(jiàn)，在同一應(yīng)變下，水泥改良土有增大軟土動(dòng)剪切模量的作用；而PVA纖維改良土和素土的動(dòng)剪切模量值呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律，且基本落在同一區(qū)域內(nèi)。由此可見(jiàn)，PVA纖維的加入對(duì)軟土的動(dòng)剪切模量影響較小。

圖14 改良土的動(dòng)剪切模量

圖15為3種改良土在各動(dòng)剪應(yīng)變下的阻尼比。從圖15可知，3種改良土的阻尼比隨動(dòng)剪切應(yīng)變?chǔ)胐整體呈非線性上升趨勢(shì)，且PVA纖維改良土的阻尼比計(jì)算值整體大于素土和水泥改良土的阻尼比?？梢?jiàn)，PVA纖維和水泥對(duì)軟土的阻尼比都有增大作用，PVA纖維的增大效果大于水泥的增大效果，且這種增大效果在動(dòng)剪應(yīng)變?chǔ)胐>0.6%時(shí)更為顯著。

圖15 改良土的阻尼比

2.6 細(xì)觀試驗(yàn)

2.6.1 壓汞試驗(yàn)

為研究PVA纖維和水泥對(duì)軟土的孔隙的影響，分別對(duì)3種試樣進(jìn)行壓汞試驗(yàn)。圖16為3組改良土試樣的孔徑分布密度，將密度分布在某個(gè)孔徑范圍內(nèi)進(jìn)行積分可得相應(yīng)孔徑范圍的孔隙含量。圖17為3種試樣的平均孔徑和中值孔徑試驗(yàn)值。

圖16 孔隙分布密度

圖17 平均孔徑和中值孔徑

從圖16可知，3組試樣的孔隙含量關(guān)系為：素土>PVA纖維改良土>水泥改良土，且3個(gè)試樣的孔徑主要分布在0.1～2、2～10 μm區(qū)間內(nèi)，分別將其定義為微孔隙段和小孔隙段。可見(jiàn)，PVA纖維改良土的孔隙含量在微孔隙段小于素土，在小孔徑段與素土相當(dāng)。從圖17可知，PVA纖維的加入并未明顯降低改良土的中值孔徑和平均孔徑，說(shuō)明PVA纖維的加入可以一定程度減少微孔隙的含量，但并未對(duì)土壤孔隙進(jìn)行填充。而水泥改良土在微孔隙段和小孔隙段均明顯低于素土，且總孔隙含量明顯降低，說(shuō)明水泥的加入有效填充了土壤孔隙。

2.6.2 掃描電鏡試驗(yàn)

為進(jìn)一步研究PVA纖維對(duì)軟土的作用機(jī)制，對(duì)摻入PVA纖維前后的試樣進(jìn)行1 000倍掃描電鏡試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖18。從圖18可知：

圖18 SEM試驗(yàn)結(jié)果

(1)素土孔隙較多，顆粒之間的黏結(jié)較弱，且排列較為松散。

(2)水泥改良土的微觀結(jié)構(gòu)較為致密，水泥作為無(wú)機(jī)膠結(jié)物有效填充了土壤孔隙，將土體膠結(jié)為一個(gè)整體，有效降低了土體孔隙率。

(3)加入PVA纖維后，PVA纖維以凝膠的狀態(tài)填充于土顆粒間，使土顆粒形成團(tuán)聚體，以此增加土顆粒的粘聚力，但并未填充土壤孔隙，即可以在不減小土壤透氣性的同時(shí)增大土壤的強(qiáng)度。

2.7 水泥和PVA纖維工程性能比較

通過(guò)總結(jié)以上改良土的試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，PVA纖維在改良軟土的強(qiáng)度、膨脹性、吸收變形等工程性能方面有著巨大優(yōu)勢(shì)。比對(duì)PR=3%～5%的PVA纖維改良土和同摻量的水泥改良土發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PR=3%～4%時(shí)，PVA纖維改良土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均高于水泥改良土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。且經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，PVA纖維改良土同樣存在著較好的路用性能，可大幅提高改良土動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)增大軟土的阻尼比，PVA纖維在抗壓強(qiáng)度方面可以完全替代水泥作為一種新型固化劑進(jìn)行軟土改良加固。當(dāng)PR=5%時(shí)，PVA纖維改良土強(qiáng)度小于水泥改良土的強(qiáng)度，PVA纖維的發(fā)揮效果逐步飽和。因此，當(dāng)需要大幅提高軟土強(qiáng)度，PVA纖維摻量大于4%的分界點(diǎn)且對(duì)環(huán)境保護(hù)要求較低時(shí)，建議選擇水泥進(jìn)行加固。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)不同摻量PVA纖維和水泥改良軟土的物理力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)動(dòng)三軸試驗(yàn)確定PVA纖維改良土的動(dòng)力學(xué)性能，并通過(guò)細(xì)觀試驗(yàn)研究了PVA纖維的改良機(jī)理，得出以下結(jié)論：

(1)PVA纖維的摻入可使改良土的最佳含水量變大，且不會(huì)對(duì)改良土的最大干密度造成很大影響；PVA纖維使改良軟土的塑限、液限增大，大幅提高軟土的變形能力；PVA纖維可顯著降低軟土的膨脹性且效果較水泥好。

(2)PVA纖維可將軟土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高近5倍，且隨著PVA纖維的加入，軟土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度同步增加。此外，PVA纖維可通過(guò)提高土體動(dòng)粘聚力的方式提高土體動(dòng)強(qiáng)度，且不會(huì)對(duì)土體動(dòng)剪切模量造成影響，但可增大土體的阻尼比。而水泥改良土通過(guò)同時(shí)提高土體的動(dòng)摩擦角和動(dòng)粘聚力的方式提高土體動(dòng)強(qiáng)度，且同時(shí)增大軟土的動(dòng)剪切模量和阻尼比。

(3)PVA纖維和水泥改良軟土的機(jī)制不同，PVA纖維主要通過(guò)其較好的親水性和凝膠作用團(tuán)聚土顆粒，且以較高的纖維抗拉強(qiáng)度對(duì)土體形成加筋作用，并未填充土壤孔隙，使改良土依然具有良好的透氣性；而水泥改良土主要通過(guò)水化作用形成C-S-H水化硅酸鈣晶體填充并凝結(jié)土體，提高軟土的強(qiáng)度，降低了軟土的透氣性。

(4)在實(shí)際的土壤工程性質(zhì)的改良過(guò)程中，可以使用PVA纖維代替水泥，其改良效果優(yōu)越、價(jià)格低廉且不會(huì)對(duì)實(shí)際環(huán)境造成污染，在軟土改良中具有潛在的價(jià)值，是一種理想的土壤固化劑。