玄武岩纤维加筋黄土力学行为研究

目前，纤维加筋改良土体强度的研究已经得到了普遍的认可，然而，纤维加筋改良土体强度的力学机理以及纤维加筋黄土抵御干湿循环劣化作用的研究还鲜有报道。本项目通过开展玄武岩纤维加筋黄土干湿循环试验和数字图像相关技术的单轴拉压及三轴剪切试验，确定纤维加筋黄土纤维长度和纤维含量的动态变化规律及量化分析方法，建立纤维加筋黄土应力应变关系、强度和变形指标与干湿循环参数之间的定量关系；确定纤维加筋对于黄土破坏模式及破坏形态的影响特征；揭示纤维长度和纤维含量如何影响其加筋效果以及干湿循环效应下加筋黄土强度劣化损伤的微观机理，建立可以描述干湿循环效应下纤维加筋黄土损伤特性的弹塑性本构模型；最终提出适合黄土高原地区工程建设最佳的纤维加筋条件。研究成果有助于更加合理地评价纤维加筋改良黄土强度的力学机理，为复杂气候条件下黄土高原地区路基、边坡加固等工程建设提供理论依据。

第1章 绪论 1.1 选题背景及研究意义 1.2 国内外研究现状 1.2.1 纤维加筋土强度特性试验研究 1.2.2 纤维加筋土变形特性试验研究 1.2.3 纤维加筋土冻融干湿耐久性研究 1.2.4 土体数字图像相关法研究 1.2.5 土体微细观试验研究 1.2.6 研究现状总结 1.3 主要研究内容及研究思路 1.3.1 研究内容 1.3.2 研究思路 第2章 玄武岩纤维加筋黄土单轴压缩力学行为研究 2.1 试验材料 2.1.1 西安黄土 2.1.2 玄武岩纤维 2.2 试样制备 2.2.1 试验制样设备 2.2.2 纤维加筋土制样 2.2.3 干湿循环制样 2.3 试验方案 2.3.1 单轴压缩试验 2.3.2 数字图像相关试验 2.3.3 干湿循环试验 2.4 试验结果与分析 2.4.1 应力一应变关系曲线 2.4.2 单轴抗压强度 2.4.3 破坏应变 2.4.4 纤维加筋效果和耐久性分析 2.4.5 数字图像相关方法（DIC）测量结果分析 2.4.6 干湿循环作用下数字图像相关方法（DIC）测量结果分析 2.5 扰动状态概念本构模型 2.5.1 扰动状态概念 2.5.2 相对完整状态和完全调整状态 2.5.3 扰动函数 2.5.4 模型参数 2.5.5 参数确定 2.5.6 模形验证 2.6 单轴压缩条件下玄武岩纤维加筋黄土数值模拟研究 2.6.1 ABAQUS概述 2.6.2 ABAQUS中莫尔-库仑模型 2.6.3 数值计算模型 2.6.4 数值结果分析 2.7 本章小结 第3章 玄武岩纤维加筋黄土单轴拉伸力学行为研究 3.1 试验材料与试样制备 3.2 试验方案 3.2.1 单轴拉伸试验 3.2.2 数字图像相关试验 3.2.3 干湿循环试验 3.3 试验结果与分析 3.3.1 应力-应变关系曲线 3.3.2 单轴抗拉强度 3.3.3 破坏应变 3.3.4 纤维加筋效果和耐久性分析 3.3.5 数字图像相关方法（DIC）测量结果分析 3.3.6 干湿循环作用下数字图像相关方法（DIC）测量结果分析 3.4 基于压缩的抗拉强度预测模型 3.5 本章小结 第4章 玄武岩纤维加筋黄土三轴剪切力学行为研究 4.1 试验材料与试样制备 4.2 试验方案 4.2.1 数字图像三轴剪切试验 4.2.2 扫描电镜试验（SEM） 4.3 试验结果与分析 4.3.1 三轴剪切试验结果分析 4.3.2 三轴剪切加筋效果分析 4.3.3 试样破坏形态及表面应变场分析 4.3.4 SEM微观结构分析 4.4 联合强度理论 4.4.1 抛物线型联合强度理论 4.4.2 双曲线型联合强度理论 4.4.3 两种理论模型对比 4.5 统计损伤本构模型 4.5.1 损伤变量的建立 4.5.2 统计损伤本构模型的建立 4.5.3 模型参数的确定 4.5.4 模型验证 4.6 本章小结 第5章 干湿循环作用下玄武岩纤维加筋黄土三轴剪切力学行为研究 5.1 试验材料与试样制备 5.2 试验方案 5.2.1 干湿循环试验 5.2.2 数字图像三轴剪切试验 5.2.3 表观裂隙采集和量化试验 5.2.4 CT扫描试验 5.2.5 扫描电镜试验（SEM） 5.3 试验结果与分析 5.3.1 三轴剪切试验结果分析 5.3.2 干湿循环损伤效应分析 5.3.3 试样破坏形态及表面应变场分析 5.3.4 表观裂隙结构量化分析 5.3.5 CT扫描试验结果分析 5.3.6 SEM微观结构分析 5.4 宏细观损伤相关性讨论 5.4.1 表观裂隙率与割线模量分析 5.4.2 破坏偏应力与CT数ME值分析 5.5 干湿循环作用下双曲线联合强度理论 5.6 干湿循环作用下统计损伤本构模型 5.6.1 损伤变量的建立 5.6.2 统计损伤本构模型的建立 5.6.3 模型验证 5.7 本章小结 第6章 总结与展望 6.1 主要结论 6.1.1 玄武岩纤维加筋黄土单轴压缩力学行为研究 6.1.2 玄武岩纤维加筋黄土单轴拉伸力学行为研究 6.1.3 玄武岩纤维加筋黄土三轴剪切力学行为研究 6.1.4 干湿循环作用下玄武岩纤维加筋黄土三轴剪切力学行为研究 6.2 展望 参考文献