玄武岩繊維のせん断強度特性

Scientific Reports volume 13、記事番号: 15923 (2023) この記事を引用

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黄土は、崩壊性、崩壊性、溶解性という特性を備えており、工学的な構築に課題をもたらします。 玄武岩繊維強化 (BFR) 黄土のせん断強度を調べるために、圧密非排水 (CU) 三軸試験を実施して、含水量 (w)、繊維長 (FL)、繊維含量 (FC) およびセル圧力の影響を調査しました ( σ3) せん断強度について。 その結果、FL、FC、繊維径(d)の影響を考慮したせん断強度モデルが確立されました。 結果は,BFR土壌のピーク強度は,FL,FC,σ3の増加とともに増加する一方,wの増加とともに減少することを示した。 非強化土壌と比較して、FCが0.2%でFLが16 mmの場合、BFR黄土のピーク強度は64.60%向上しました。 実験用黄土の最適補強条件はFL16mm、FC0.8%であった。 繊維の強化機構は単一引張効果と空間メッシュ効果に分けられる。 実験結果と計算結果はよく一致しており、このモデルが BFR 黄土のせん断強度を予測するのに適していることが示唆されました。 研究結果は、路床および法面工学における BFR 黄土の適用に関するガイドラインを提供することができます。

黄土は、中国北西部に広く分布する第四紀の堆積物です1。 「一帯一路」構想の発展に伴い、高速道路や高速鉄道に代表される近代的な交通施設が大量に建設されている2,3,4。 しかし、黄土の構造的特徴（多孔質、セメント結合が弱く、圧縮が不十分であるなど）は、崩壊性、崩壊性、溶解性を引き起こし、工学的構築に課題をもたらします5。 繊維強化（FR）工法は工学的問題を解決するアイデアを提供し、繊維が引張力と摩擦力による土粒子の変形を制限し、強化土の優れた機械的特性をもたらします6,7。 Ibraim ら 8,9,10 は、ピーク強度が一定に保たれる場合、緩い繊維強化砂の圧縮エネルギーは密度の高い非強化砂よりも小さいと結論付けています。 繊維強化法により、圧縮荷重および伸長荷重による砂の液状化の可能性を大幅に低減できます。 湿った砂と繊維の混合物の振動を利用した繊維強化砂の新しいサンプリング方法を提案し、評価した。 Reza Tabakouei et al.11 は、繊維強化砂質土の一軸圧縮強度は繊維の種類、繊維長、試験片の直径によって決まると述べています。 Sharma と Kumar 12 は、相対密度が繊維強化砂の終局支持力と沈下に顕著な影響を与え、相対密度 70% で改善効果が最大に達すると報告しています。 Festugato et al.13 は、ポリプロピレン繊維を含めることで、繰り返し荷重がかかると緻密な砂が強化されていない砂よりも硬くなることを報告しました。 Choobbasti et al.14 は、ポリビニルアルコール繊維はバボルサール砂の破壊時のせん断強度と軸方向のひずみを改善できるが、ピーク強度後の黄土の強度は低下すると結論付けています。 Soriano et al.15 は、繊維強化砂の空隙率が繊維近傍で増加することを発見し、盗まれた空隙率の仮定を検証しました。 Mandolini et al.16 は、繊維強度は引張ひずみ領域と繊維配向分布によって支配されると述べています。

粘土質土壌の場合、Abdi et al.17 は、ポリプロピレン繊維が粘土石灰複合材の圧縮、強度、延性を向上させることができると結論付けています。 Hejazi et al.18 は、繊維含有量、繊維直径、および繊維アスペクト比が繊維強化土壌のせん断強度に影響を与えると報告しました。 Abbaspour et al.19 は、廃タイヤ織物繊維が膨張土壌の機械的特性を改善し、膨張変形が 44% 減少することを明らかにしました。 Consoli ら 20,21 は、繊維強化土壌石灰複合材の一軸圧縮強度を評価する際に、空隙率とセメントの比が重要な役割を果たすと報告しました。 さらに、ガラス繊維の添加は、繊維強化された硫酸塩に富む分散土壌の体積ひずみを推定するのに効果がありませんでした。 Tamassoki et al.22 は、活性炭とコイア繊維を 3% 含有すると圧縮強度が大幅に向上し、2% 含有するとラテライト質土壌のせん断強度が著しく向上すると述べています。 Soleimani-Fard ら 23 は、分散した繊維が繊維強化された細粒土のせん断強度、圧縮率、透水係数を大幅に改善できることを明らかにしました。 Malekzadeh と Bilsel24 は、ポリプロピレン繊維を添加すると、膨張土壌の膨張収縮を大幅に減少させることができ、収縮限界が 50% 以上増加すると報告しました。 Phanikumar と Singla25 は、ナイロン繊維強化膨張土の膨潤ポテンシャルと膨潤圧力は繊維長が増加するにつれて減少し、繊維強化土では二次圧密特性が大幅に向上すると述べています。 Wang et al.26 は、崩壊性黄土の圧縮強度と引張強度は、ガラス繊維含有量 (FC) の増加に伴って最初に増加し、その後減少する傾向を示したと結論付けています。 Huang et al.27 は、FR が改造された黄土の強度を著しく向上させることができることを発見しました。 同時に、圧縮弾性率は最初に増加し、その後 FC の増加とともに減少し、最適な FC は 0.6% でした。 Xu et al.28は、黄土玄武岩FR(BFR)の損傷逸脱応力はFCが増加するにつれて最初に増加し、その後減少し、最適なFCは0.6%であると宣言した。 Zhu et al.29 は、繊維長 (FL) と FC を伴うポリプロピレン FR レスの一軸圧縮強度 (UCS) の最適条件がそれぞれ 12 mm と 0.5% であることを発見しました。 なお、変形係数の最適条件はFL12mm、FC0.3%であった。 Zuo et al.30 は土壌改質に複合法を採用し、黄土の圧縮強度と柔軟性が効果的に改善され、最適条件はキサンタンガム 1.5%、玄武岩繊維 0.6% であると結論付けた。 Lu et al.31 は、ポリプロピレン FR 黄土のせん断強度指数はそれぞれ 113.8% と 23.3% 増加したが、崩壊率はほぼ 87.5% 減少したと発表しました。 An et al.32 は、ポリプロピレン FR 土壌の透水能力が大幅に増加し、黄土斜面の保護効果が明らかであることを観察しました。 Dong ら 33 は、セル圧力 (σ3) が増加するにつれてリグニン FR 土壌の強度が向上し、FC の増加に伴って応力 - ひずみ曲線が硬化から軟化に移行することを発見しました。 Chu et al.34 は、FR 土の強度が最初に上昇し、その後 FC の増加に伴って低下し、粘着力が著しく増加したことを得た。 Xiong et al.35 は、BFR 黄土の曲線が軟化から硬化に変換され、せん断強度指数がそれぞれ 52.03% と 24.30% 改善されたことを観察しました。 Wang et al.36 は、玄武岩繊維は黄土のクリープを大幅に改善することができ、BFR 土壌のクリープ変形は σ3 の増加とともに減少すると結論付けています。 Hu et al.37 は、FR 黄土の凝集力は FC の増加に伴って最初に強化され、その後減少すること、そして実際の工学では最適な FC は少なくとも 0.2% であるべきであると指摘しました。 Gao ら 38 は、希釈混合法で調製したサンプルの UCS が直接混合法よりも適切であり、UCS に対するリグニン FC の影響がより明らかであることを発見しました。 Su と Lei39 は、ヤシ繊維は黄土の UCS を著しく向上させることができ、強度に対する乾燥密度の影響は顕著であるが、FL の影響は顕著ではないことを指摘しました。 Chen ら 40 は、黄土の動的せん断弾性率はフライアッシュ含有量とセル圧力の増加に伴って著しく増大するが、減衰比はフライアッシュ含有量と σ3 が増加するにつれて減少すると発表しました。 Yang et al.41 は、ポリプロピレン繊維がセメント改質黄土を脆性から塑性損傷に変化させることができ、繊維が架橋の役割を果たすことを発見した。 最適な補強条件は FC 0.30 ～ 0.45%、FL 12 mm であった。