中圖分類(lèi)號(hào)：TU411 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-6717（2025）04-0001-09

Influence of fiber content on macro and micro characteristics of reinforced soil

CHEN Zhibo，GUO Xuewen，DAI Menglan，LAI Hanjiang，XIE Yongning （Zijin Schoolof Geology and Mining; Fujian-Taiwan Science and Technology Cooperation BaseofFujian Province on Intelligent Geo-environmental Engineering，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 35Oll6，P.R.China）

Abstract：Fiber content is an important parameter affecting reinforced soil.In existing research，the range of fiber content values is generally small，and the physical and mechanical properties of reinforced soil with higher fiber content are not well understood.In order to study the impact of higher fiber content on rice straw fiberreinforced soil，this study sets up 1O fiber mass fractions and uses direct shear tests for research，exploring the effect of fiber content on the strength characteristics of reinforced soil.Additionally，scanning electron microscopy （SEM） and nuclear magnetic resonance （NMR）tests are used to analyze the microstructure features of fiber-reinforced soil.Theresults show that adding fibers can efectively improvethe shear strength ofthe soil. The reinforcement mechanism offiber-reinforced soil is related to fiber content.A smallfiber content has litle effcton the porosityof the soil，and the reinforced soil is based on the soil skeleton.When the fiber content is high，the porosity increases significantly，and the main structure of the reinforced soil would be composed of boththesoil skeleton and thefiber skeleton.

Keywords：reinforced soil； fiber content;shear strength;micro characteristics

土體力學(xué)強(qiáng)度是影響工程安全的關(guān)鍵因素。改良軟弱土，提高土體強(qiáng)度是土木工程的重要研究方向。纖維加筋作為一種價(jià)格理想、施工簡(jiǎn)單的土體改良技術(shù)，自問(wèn)世以來(lái)便引起了眾多學(xué)者關(guān)注[14]，已大量應(yīng)用于土木工程各領(lǐng)域中，如邊坡工程、填方路堤及地基處理等。

已有研究表明，無(wú)論黏性土還是無(wú)黏性土，摻入一定含量的纖維都可以不同程度地提高土體強(qiáng)度[5，且加筋土的抗剪強(qiáng)度一般隨纖維含量的增加而增大。熊雨等通過(guò)直剪試驗(yàn)研究了當(dāng)纖維含量為 0.3% 時(shí)玄武巖纖維、聚丙烯纖維、聚酯纖維和玻璃纖維4種常用人工合成纖維加筋黃土的抗剪性能，結(jié)果表明，纖維表面的粗糙程度對(duì)加筋土效果有一定影響，玄武巖纖維表面粗糙、抗拉強(qiáng)度大，其加筋土的抗剪性能最好。高磊等[8-9]研究表明，玄武巖纖維加筋能顯著增強(qiáng)黏土的有效黏聚力，但對(duì)內(nèi)摩擦角影響不明顯，其最優(yōu)纖維摻量為 0.3% 。榮德政等1的試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)南京地區(qū)的下蜀土而言，其最優(yōu)纖維摻量為 0.1% ，可改善土壞的韌性和殘余抗拉強(qiáng)度。劉建龍等[11通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，確定了棉纖維的最優(yōu)加筋量和最優(yōu)加筋長(zhǎng)度分別為 1.0% 和 2.5cm 。安寧等[2研究表明，當(dāng)纖維長(zhǎng)度為 15mm 、摻量為 0.5% 時(shí)，加筋土的抗剪強(qiáng)度和抗崩解性達(dá)到最優(yōu)。Ouedraogo等[13的試驗(yàn)結(jié)果表明，黏土中的秸稈纖維添加量為 0.2%～0.4% 時(shí)物理力學(xué)性能最佳。Nezhad等[14]研究表明，當(dāng)纖維長(zhǎng)度為 7.5mm 、纖維含量為 2% 時(shí)，其抗拉強(qiáng)度和承載比值達(dá)到最大。Bekhiti等[15研究了橡膠纖維對(duì)水泥土的作用，發(fā)現(xiàn)橡膠纖維的添加量為 2% 時(shí)，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和延性提高程度最大。

綜上可知，許多學(xué)者在對(duì)纖維加筋土的研究中發(fā)現(xiàn)，加筋土存在最優(yōu)加筋率，且最優(yōu)加筋率會(huì)隨纖維材料的類(lèi)型、加工方式和使用量等發(fā)生變化。其中，纖維含量是影響纖維加筋土強(qiáng)度特性的重要因素，而已有研究中所選取的纖維含量范圍一般較小，隨著纖維含量的增加可能存在類(lèi)似量變的效果，較小的纖維用量范圍無(wú)法全面體現(xiàn)其對(duì)加筋土作用的影響。筆者以稻草纖維為加筋材料，通過(guò)控制較大范圍內(nèi)不同纖維含量對(duì)纖維加筋土開(kāi)展一系列直剪試驗(yàn)，重點(diǎn)分析纖維含量變化對(duì)纖維土強(qiáng)度的影響；通過(guò)掃描電鏡（SEM）分析和核磁共振（NMR）測(cè)試，結(jié)合宏觀和微觀兩個(gè)角度探討纖維加筋土的增強(qiáng)機(jī)理和強(qiáng)度特性。

1試樣制備與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料與試樣制備

試驗(yàn)用土取自漳州長(zhǎng)泰某特高壓變電站邊坡工程，屬于粉質(zhì)黏土，其基本物理性質(zhì)見(jiàn)表1，顆粒級(jí)配曲線見(jiàn)圖1。將土風(fēng)干碾碎后過(guò) 2mm 篩，并裝袋備用。試驗(yàn)用纖維為工程建設(shè)中常用的干稻草纖維，是天然稻草的稈和葉在自然條件下晾曬后經(jīng)機(jī)械粉碎且過(guò) 2cm 篩后的纖維狀物質(zhì)，如圖2所示。經(jīng)測(cè)定，纖維直徑范圍為 0.1～2mm ，長(zhǎng)度范圍為 5～20mm ，拉伸斷裂強(qiáng)度為 0.1～0.46N 。

為了研究稻草纖維含量對(duì)加筋土的影響，試驗(yàn)選取10個(gè)纖維含量（稻草纖維質(zhì)量與干土質(zhì)量之比），測(cè)試加筋土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。試樣制備過(guò)程如下：首先，稱(chēng)取一定質(zhì)量的纖維及風(fēng)干土，充分?jǐn)嚢?，?dāng)纖維含量較高時(shí)，增加混合物總質(zhì)量（比例不變）并使用臥制式攪拌機(jī)機(jī)械攪拌 5～10min ，盡可能使纖維與土樣混合均勻，并根據(jù)天然土最優(yōu)含水率（ 22% ，用噴霧器向土中噴灑一定質(zhì)量的水；然后，將配制好的土樣裝入聚乙烯袋中，密封養(yǎng)護(hù)

24h ，使土樣中水分均勻；待養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，稱(chēng)取適量土，根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123—2019）[16]中的靜力壓樣法，制備直徑為 61.8mm 、高為 20mm 的試樣。所制備試樣的干密度約為 1.5g/cm³ 。

1. 2 試驗(yàn)方法

1.2.1 直接剪切試驗(yàn)

試樣制備完成后，采用四聯(lián)直剪儀進(jìn)行快剪試驗(yàn)，剪切速率控制為 0.8mm/min 。垂直壓力控制為100、200、300、400kPa。以剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線上的峰值點(diǎn)或穩(wěn)定值作為抗剪強(qiáng)度。當(dāng)無(wú)明顯峰值點(diǎn)時(shí)，取剪切位移 4mm 對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)力作為抗剪強(qiáng)度。

1.2.2 掃描電鏡（SEM）分析

采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)不同纖維含量的纖維加筋土微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行觀察。試驗(yàn)前，先將待測(cè)試樣進(jìn)行烘干處理，再取一小塊進(jìn)行噴金，然后進(jìn)行掃描電鏡觀測(cè)。

1.2.3核磁共振（NMR）測(cè)試

采用蘇州紐邁分析儀器股份有限公司生產(chǎn)的AniMR-150型核磁共振分析儀進(jìn)行測(cè)試。待測(cè)試樣在測(cè)試前需進(jìn)行抽氣飽和，飽和時(shí)間為 12h ，然后將飽和試樣放人儀器樣品管進(jìn)行測(cè)試。NMR主要測(cè)量土孔隙中含氫流體的弛豫特征，通過(guò)核磁共振橫向弛豫時(shí)間分布譜獲取土的孔隙率及孔隙分布特征參數(shù)。土的孔隙結(jié)構(gòu)與弛豫時(shí)間 T₂ 存在以下關(guān)系[17]

式中： ρ₂ 為表面弛豫率； R 為孔隙半徑。 T₂ 分布的信號(hào)強(qiáng)度反映不同孔徑的孔隙數(shù)量，信號(hào)峰的位置反映孔徑的大小。 T₂ 分布與孔徑大小呈正相關(guān)，即 T₂ 值越小，孔隙孔徑越小。 T₂ 分布曲線下方的峰面積代表對(duì)應(yīng) T₂ 范圍內(nèi)孔隙水的含量，由于試樣經(jīng)抽氣飽和，此時(shí)孔隙水體積約等于孔隙體積，其與試樣總體積的比值即為孔隙率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1剪應(yīng)力-剪切位移曲線

圖3為不同纖維含量加筋土在不同法向應(yīng)力作用下的剪應(yīng)力-剪切位移曲線。從圖3中可看出，在各法向力作用下，纖維加筋土的剪應(yīng)力-剪切位移曲線均在未加筋土之上，表明纖維材料可顯著提高土體的抗剪強(qiáng)度。值得注意的是，纖維含量 16% 的曲線大致都位于纖維含量 12% 的曲線之下，表明纖維含量超過(guò)某一值后，繼續(xù)增加纖維含量無(wú)法繼續(xù)增大加筋土的強(qiáng)度，反而可能會(huì)降低加筋土的強(qiáng)度。此外，在較低的法向應(yīng)力作用下，如圖3（a）所示，較低纖維含量加筋土的剪應(yīng)力-剪切位移曲線呈應(yīng)變硬化特征，無(wú)明顯的峰值點(diǎn);隨著纖維含量的增加，剪應(yīng)力-剪切位移曲線逐漸顯現(xiàn)峰值，且峰值位置存在左移的趨勢(shì)，最終，在較高纖維含量條件下（如纖維含量超過(guò) 6% ），剪應(yīng)力-剪切位移曲線出現(xiàn)應(yīng)變軟化現(xiàn)象。而在較大法向應(yīng)力條件下，如圖 3（b）～ （d）所示，加筋土的剪應(yīng)力-剪切位移曲線均呈應(yīng)變硬化現(xiàn)象。分析其原因，可能是由于土體的孔隙結(jié)構(gòu)和顆粒排列發(fā)生變化所致。在低法向應(yīng)力作用下，土體內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)可能被壓縮和改變，顆粒間接觸面積增大，孔隙率減小，從而導(dǎo)致土體內(nèi)部摩擦力增強(qiáng)；施加的剪切應(yīng)力隨應(yīng)變逐漸增加至超過(guò)土體內(nèi)部摩擦力時(shí)，土體內(nèi)部裂紋擴(kuò)展發(fā)生破壞，從而導(dǎo)致應(yīng)變軟化現(xiàn)象。此外，低法向應(yīng)力下土體的約束較小，受剪時(shí)顆粒排列容易錯(cuò)動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變軟化。相反，在高法向應(yīng)力作用下，顆粒間的接觸應(yīng)力增大，摩擦作用增強(qiáng)，顆粒間的位移變得更加困難，使土體整體變得更加堅(jiān)硬，出現(xiàn)應(yīng)變硬化現(xiàn)象。此外，高法向應(yīng)力下土體的壓縮變形也會(huì)導(dǎo)致土體的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，顆粒之間的相互咬合作用增強(qiáng)，也是造成應(yīng)變硬化的原因之一。隨著纖維含量的增加，加筋土中纖維填充了部分孔隙，使得顆粒間接觸應(yīng)力增大，摩擦作用進(jìn)一步增強(qiáng)，在剪切過(guò)程中剪應(yīng)力快速增大；當(dāng)纖維含量較高時(shí)，土顆粒占比相對(duì)減小，在低法向應(yīng)力下土顆粒之間的接觸應(yīng)力很小，部分纖維并沒(méi)有填充孔隙，而是在土顆粒之間形成了大量團(tuán)聚結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)抵抗剪切應(yīng)力的能力較弱，在低法向應(yīng)力下，纖維含量較高的加筋土?xí)霈F(xiàn)應(yīng)變軟化現(xiàn)象。

2.2抗剪強(qiáng)度及其參數(shù)

圖4為不同法向應(yīng)力作用下加筋土抗剪強(qiáng)度隨纖維含量增加的變化。可以看出，纖維加筋土的抗剪強(qiáng)度隨著纖維含量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。此外，在低法向應(yīng)力作用下，隨著纖維含量的增加，纖維加筋土的抗剪強(qiáng)度曲線較為平緩；在高法向應(yīng)力作用下，隨著纖維含量的增加，其抗剪強(qiáng)度增加幅度較大。上述結(jié)果表明，法向應(yīng)力的提高有利于增強(qiáng)纖維加筋效果[18-19]，分析其原因：在外部荷載作用下，纖維與土顆粒結(jié)合更緊密，增加了纖維與土界面的有效接觸面積，提高了纖維-土界面的摩擦作用力，宏觀上表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度的增大。圖5為加筋土抗剪強(qiáng)度參數(shù)隨纖維含量增加的變化。整體而言，在一定范圍內(nèi)，黏聚力和內(nèi)摩擦角均隨著纖維含量的增加而增大。如圖5所示，黏聚力變化曲線可分為2個(gè)階段：當(dāng)纖維含量為 0%～8% 時(shí)，黏聚力的增加近似呈線性增長(zhǎng)；當(dāng)纖維含量為

8%～12% 時(shí)，黏聚力的增加趨于平緩。在圖5中，內(nèi)摩擦角的變化曲線可劃分為3個(gè)階段：當(dāng)纖維含量為 0%～4% 時(shí)，內(nèi)摩擦角無(wú)明顯變化；當(dāng)纖維含量為 4%～12% 時(shí)，內(nèi)摩擦角逐漸呈線性增長(zhǎng)；當(dāng)纖維含量為 12%～16% 時(shí)，內(nèi)摩擦角減小。試驗(yàn)時(shí)配制了纖維含量為 20% 的加筋土，但在制樣過(guò)程中，因纖維含量高導(dǎo)致混合土料過(guò)于蓬松，難以壓縮進(jìn)模具，并且出現(xiàn)嚴(yán)重的回彈現(xiàn)象，故難以開(kāi)展直剪試驗(yàn)。纖維含量為 12% 和 16% 的加筋土在制樣過(guò)程中也出現(xiàn)上述情況，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，纖維含量為12% 的加筋土回彈仍在可接受范圍內(nèi)，纖維含量為16% 的加筋土體積已出現(xiàn)明顯膨脹。因此，結(jié)合剪切破壞試樣的表觀性狀和直剪試驗(yàn)結(jié)果，可確定12% 為土體極限纖維含量，即在土體中纖維可替代的極限土粒質(zhì)量。

3 纖維加筋土微觀結(jié)構(gòu)特征

3.1 電鏡掃描分析

圖6所示為纖維含量為 0%0.5%.1%.3% 6%.12% 的纖維加筋土微觀形態(tài)。從圖6中可看出，在纖維含量較低時(shí)，纖維在土中以單一分布為主，而隨著纖維含量的增加，逐漸發(fā)展為局部交織，甚至交織成網(wǎng)（如纖維含量超過(guò) 3% 時(shí)），形成纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)包裹土體。當(dāng)纖維含量為 12% 時(shí)，如圖6（f）所示，在加筋土中可觀察到“粗、細(xì)纖維\"相互交織，按照比例尺估算，粗纖維直徑約為 0.1mm ，而大量的細(xì)小纖維長(zhǎng)度甚至不足 0.1mm 。本文所用纖維材料為干稻草纖維，細(xì)小的纖維可能是在粉碎切割時(shí)便存在的細(xì)小纖維碎末，其附著在相對(duì)粗的纖維上，在制樣攪拌時(shí)分散于土中。顯然，除粗纖維外，這些細(xì)小纖維也具備加筋作用。

3.2核磁共振測(cè)試

圖7為纖維加筋土的 T₂ 分布曲線，可以看出， T₂ 分布曲線大致有兩個(gè)明顯的波峰?；诂F(xiàn)有研究[20]，設(shè)定 T₂ 閾值為 10ms ，將孔隙區(qū)分為大孔隙和小孔隙，其中弛豫時(shí)間為 0～10ms 的主峰代表小孔徑孔隙，弛豫時(shí)間為 10～100ms 的次峰代表大孔徑孔隙，信號(hào)強(qiáng)度代表對(duì)應(yīng)的孔隙體積。主峰遠(yuǎn)大于次峰，表明試樣中的孔隙主要以小孔徑孔隙為主。隨著纖維含量的增加，波峰的位置呈先左移后右移的趨勢(shì)，表明孔隙半徑呈先減小后增大的變化規(guī)律。纖維含量為 0% 的未加筋土主峰較為顯著，而次峰不明顯，表明其內(nèi)部以小孔隙為主，而大孔隙較少；隨著纖維含量的增加，次峰越來(lái)越明顯并向左移，表明土體內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)孔徑相對(duì)小的中等孔隙，其相應(yīng)的孔隙體積也在增大；當(dāng)纖維含量增加至 3% 時(shí)，主峰的信號(hào)強(qiáng)度有所降低，而主峰和次峰之間的信號(hào)強(qiáng)度開(kāi)始增大，出現(xiàn)波谷，表明小孔隙逐漸在擴(kuò)展、連通，轉(zhuǎn)變成中孔隙和少量的大孔隙；當(dāng)纖維含量為 3.0%～12.0% 時(shí)，主峰的信號(hào)強(qiáng)度開(kāi)始提高，主峰和次峰間的波谷也逐漸上升直至融入主峰，而次峰逐漸穩(wěn)定，表明在這一階段隨著纖維含量的增加，小孔隙和中孔隙都在不斷擴(kuò)展，沒(méi)有發(fā)育出更大孔徑的孔隙。

圖8為加筋土孔隙率隨纖維含量增加的變化，可以看出，整體上加筋土的孔隙率隨著纖維含量的增加而增大。當(dāng)纖維含量為 0%～3% 時(shí)，孔隙率的數(shù)值仍相對(duì)較?。划?dāng)纖維含量超過(guò) 3% 后，孔隙率的增大較為顯著。分析其原因：土體是松散的多孔介質(zhì)，其本身具備一定的孔隙，當(dāng)纖維材料混入土中后，由于其蓬松的特性，必然使得孔隙增大。當(dāng)纖維含量較少時(shí)，在外力作用下，土顆粒壓密，少量纖維與土緊密接觸，填充孔隙，使得孔隙半徑和孔隙數(shù)量減小，纖維加入土中后，增大的孔隙率與纖維填充孔隙減小的孔隙率可維持一定平衡；當(dāng)纖維含量較多時(shí)，土顆粒中可填充的孔隙數(shù)量不足以平衡纖維加入土中后增加的孔隙數(shù)量，即表現(xiàn)出孔隙率的增長(zhǎng)。同時(shí)，隨機(jī)分布的纖維越多，越容易出現(xiàn)交織重疊，也使得孔隙擴(kuò)展、連通，進(jìn)一步增大孔隙率，當(dāng)纖維含量為 12% 時(shí)，孔隙率達(dá)到71. 39% 。

4纖維加筋土增強(qiáng)機(jī)理探討

纖維加筋土的實(shí)質(zhì)是利用等質(zhì)量的纖維替代土顆粒，在外界壓力作用下部分土顆粒減少引起的抗剪性能損失部分由纖維與土之間的界面作用進(jìn)行代償。隨著纖維含量的變化，這種代償作用也發(fā)生變化，具體可分為3個(gè)階段

1）當(dāng)纖維含量較低時(shí)，加筋土的增強(qiáng)機(jī)理主要是纖維土中單根纖維的一維拉筋作用。在受到外界壓力時(shí)，土體顆粒間有致密的趨勢(shì)，顆粒旋轉(zhuǎn)、重排列使得隨機(jī)分散在土中的纖維開(kāi)始發(fā)生變形，纖維與土體間互鎖，產(chǎn)生咬合摩擦力[7，21]，在纖維與土的接觸界面產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力，如圖9（a）所示。然而，纖維的彈性模量遠(yuǎn)高于土體，變形的不一致必然導(dǎo)致二者之間產(chǎn)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)[22-23]，使單根纖維上產(chǎn)生拉應(yīng)力，這3種力共同承擔(dān)外荷載傳遞至土中的部分作用，宏觀上表現(xiàn)為土體抗剪強(qiáng)度的提升。此外，利用一部分纖維替代土顆粒會(huì)導(dǎo)致加筋土中土顆粒所占比例減小，這種替代現(xiàn)象的影響范圍可能取決于纖維與土顆粒的尺寸差異、分布狀態(tài)、纖維的形狀和方向等因素。在纖維替換土顆粒的過(guò)程中，可能是一部分纖維填充了土中的孔隙，導(dǎo)致孔隙率減??；另一部分纖維替代土顆粒的位置，改變了土中顆粒排列，導(dǎo)致孔隙率增大。當(dāng)纖維含量較低時(shí)，替代的土顆粒也較少，對(duì)土骨架本身影響也相對(duì)較小，因此，在孔隙率此消彼長(zhǎng)的情況下，加筋王孔隙率可維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的變化范圍。在 0%～3% 的纖維含量范圍內(nèi)，隨著纖維含量的增加，纖維逐漸填充了土中的孔隙，除了承擔(dān)部分外界載荷外，局部密實(shí)度的提高也增加了材料整體強(qiáng)度。但纖維含量較低時(shí)，填充作用也相對(duì)較弱，纖維與土界面的摩擦主要由纖維與土顆粒之間產(chǎn)生，而相較于土顆粒之間的摩擦，纖維與土顆粒之間的摩擦仍然較小。因此，直剪試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出黏聚力增強(qiáng)而內(nèi)摩擦角無(wú)明顯變化。

2）需要說(shuō)明的是，內(nèi)摩擦角無(wú)明顯變化的前提是加筋土中纖維含量較少，此前許多學(xué)者的研究中所涉及的纖維用量最大為 0.15%0.3% （20 0.4%0.6%1%0.2%14] 。在本文試驗(yàn)研究范圍中，當(dāng)纖維含量較高 （4%～12% 時(shí)，內(nèi)摩擦角逐漸呈線性增長(zhǎng)，直至極限纖維含量為 12% 。此時(shí)，相當(dāng)一部分等質(zhì)量纖維替代了土顆粒，土顆粒所占比例大幅降低，由土顆粒作為空間骨架構(gòu)成加筋土的情況發(fā)生改變。一部分纖維填充了土中孔隙，但更多的纖維由于彼此交織已形成獨(dú)立的纖維網(wǎng)絡(luò)，反過(guò)來(lái)包裹土顆粒，或者在纖維形成的網(wǎng)絡(luò)中填充了土顆粒。此外，土顆粒的減少使得加筋土中的孔隙率大幅增長(zhǎng)，加筋土的主體以土骨架和纖維骨架兩種形式共同承擔(dān)外界荷載。在外界壓力作用下，由于纖維構(gòu)成的纖維骨架具備一定彈性變形能力，使得加筋土的整體性提高，當(dāng)發(fā)生剪切時(shí)，加筋土中的摩擦除纖維與土顆粒間的作用外，還包括大量纖維與纖維間的摩擦。如圖9（b）（c）所示，纖維含量的增加使得土體中隨機(jī)分布的纖維與纖維之間交織聯(lián)結(jié)，當(dāng)加筋土體受外界壓力作用觸發(fā)單根纖維上的拉應(yīng)力時(shí)，借纖維間的聯(lián)結(jié)牽動(dòng)，其他纖維共同受力，進(jìn)一步使土體中形成更大范圍的加筋區(qū)域。在圖9（d）中可明顯觀察到大量纖維形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密包裹在土粒團(tuán)聚體表面。另外，在剪切位移的過(guò)程中，隨著纖維含量的增加，實(shí)際剪切面上分布的纖維比例也得到提高，這也是抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步提高的原因。

3）在受力過(guò)程中，顯然是土骨架在承擔(dān)主要作用，纖維的作用則主要是為土顆粒間提供附加力[27]，當(dāng)纖維含量超過(guò)極限纖維含量 12% 時(shí)，等質(zhì)量纖維替代的土顆粒增多，試樣中土顆粒的占比下降過(guò)多，必然導(dǎo)致強(qiáng)度降低。此外，當(dāng)纖維含量增多時(shí)，容易在土中集聚成團(tuán)，如圖9（e）所示，隔絕了纖維與土顆粒之間的接觸，纖維骨架脫離團(tuán)聚體，由于缺少土體的包裹，成團(tuán)的纖維在土中形成軟弱結(jié)構(gòu)面[28]

5 結(jié)論

1）加入纖維能有效提高土體的抗剪強(qiáng)度。當(dāng)纖維含量較低 （0%～3% 時(shí)，抗剪強(qiáng)度主要表現(xiàn)為黏聚力的增強(qiáng)，而內(nèi)摩擦角無(wú)明顯變化；隨著纖維含量逐漸增加，內(nèi)摩擦角呈線性增長(zhǎng)；存在極限纖維含量 12% 。

2）在SEM圖像中，觀察到細(xì)小纖維（長(zhǎng)度小于0.1mm ）在土體中交織形成的纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)，表明除肉眼可見(jiàn)的纖維外，細(xì)小纖維也有助于改善土體性質(zhì)。

3）較低的纖維含量 （0%～3% ）對(duì)土體孔隙率影響不大，加筋土以土骨架為基礎(chǔ)，增強(qiáng)機(jī)理主要為單纖維加筋作用；當(dāng)纖維含量較高 （4%～12% 時(shí)，孔隙率明顯增長(zhǎng)，加筋土的主體結(jié)構(gòu)將由土骨架和纖維骨架組成，增強(qiáng)機(jī)理主要為多纖維網(wǎng)絡(luò)加筋作用。超出極限纖維含量 12% 后，由于纖維骨架中缺少土顆粒的填充，反而在土中形成軟弱結(jié)構(gòu)面。

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（編輯王秀玲）