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1、10申请公布号CN104032727A43申请公布日20140910CN104032727A21申请号201410252080X22申请日20140609E02D3/1220060171申请人河海大学地址211100江苏省南京市江宁开发区佛城西路8号72发明人高磊周秋月余湘娟74专利代理机构南京苏高专利商标事务所普通合伙32204代理人徐莹54发明名称一种无侧限抗压强度高的粘土57摘要本发明公开了一种无侧限抗压强度高的粘土，将碳纤维按照其质量占干土质量00105的掺量掺入到素土中，加入定量水使粘土含水率达到20，干密度达到15G/CM3；本发明的机理主要体现在单根碳纤维丝的一维拉筋作用和碳纤维。
2、网三维拉筋作用碳纤维和土体之间的界面力对碳纤维的相对滑动起限制作用，使土体中的碳纤维能承受一定的拉应力，从而分担外部荷载；由于土体中随机分布的碳纤维相互间存在着无数交织点，当纤维的交织处受到外力的作用产生位移趋势时会遇到相邻其它纤维丝阻止这种趋势，进而在土体内部形成了空间网状结构，使外部荷载分布到更大的空间受力区域，同时碳纤维网格对土体颗粒的空间约束作用，有效约束了土体颗粒的位移和变形，增强了土体的强度和整体性。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图3页10申请公布号CN104032727ACN10403272。
3、7A1/1页21一种无侧限抗压强度高的粘土，其特征在于将碳纤维按照其质量占干土质量00105的掺量掺入到素土中，加入定量水使粘土含水率达到20，干密度达到15G/CM3。2根据权利要求1所述的无侧限抗压强度高的粘土，其特征在于所述碳纤维的掺量为干土质量的01。3根据权利要求1所述的无侧限抗压强度高的粘土，其特征在于所述碳纤维的碳元素含量质量分数在90以上。权利要求书CN104032727A1/3页3一种无侧限抗压强度高的粘土技术领域0001本发明涉及岩土工程领域，具体涉及一种用于地基土体的粘土。背景技术0002岩土工程中，天然粘土地基存在加固过程不稳定、地基失稳等问题，必须采取一定的措施对其进。
4、行加固处理。在土体中加入各种筋料可以有效地提高土的强度和稳定性，但是传统的土工合成加筋材料存在很多方面的不足土工合成材料的防晒、防破坏以及防老化能力很弱，其长期变形和松弛以及长期强度、模量的降低也会对工后沉降以及路基稳定性产生负面影响。土工格栅和土工布等土工合成材料由于分布的方向和间距会在土体中形成薄弱面，加筋后土体为各向异性材料。而纤维具有分散性好、易于拌和等优点，按一定比例将纤维丝或纤维网掺入土料中并与土料均匀拌和形成的纤维土，通常被视为一种均质各向同性材料。纤维加筋作为一种新的加固土体形式从20世纪80年代引起相关研究人员的重视以来，逐渐在土体工程中得到了更多的应用和发展。0003碳纤维。
5、是指化学组成中碳元素的质量分数在90以上的纤维材料，利用各种有机纤维在惰性气体中，经过低温氧化、低碳化及高温碳化而制得。碳纤维具有高强、高模、密度小、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳和抗蠕变等优异性能，已被广泛应用在航空航天工业、体育娱乐、休闲用品、医疗卫生、水环境治理等诸多领域。在土木建筑方面，碳纤维可以有效提高混凝土梁、板、柱等结构构件的抗弯、抗剪、抗压、抗拉强度和抗震性能，碳纤维布可有效约束砌体的极限应变的发展。目前尚没有关于碳纤维加入土体中对其强度方面影响的相关报道，因此将碳纤维应用于加固粘土具有重要的实践意义和工程参考价值。发明内容0004发明目的本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无。
6、侧限抗压强度高的粘土，能有效提高素土的无侧限抗压强度以及改善素土的脆性破坏形式。0005技术方案本发明提供了一种无侧限抗压强度高的粘土，将碳纤维按照其质量占干土质量00105的掺量掺入到素土中，加入定量水使粘土含水率达到20，干密度达到15G/CM3。0006优选的，所述碳纤维的掺量为干土质量的01；无侧限抗压强度值随纤维掺量的增加先增大后减小，01掺量时的增强效果最为显著。0007进一步，所述碳纤维的碳元素含量质量分数在90以上，该含量的碳纤维与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。0008有益效果本发明在干土中加入定量的碳纤维用以改善土的强度和塑性，其影响机理主要体现在两个方面，即。
7、单根碳纤维丝的一维拉筋作用和碳纤维网三维拉筋作用碳纤维和土体之间的界面力对碳纤维的相对滑动起限制作用，使土体中的碳纤维能承受一定的拉应力，从而分担外部荷载，这是一维拉筋作用；由于土体中随机分布的碳纤维相互间存在着无数交织点，当纤维的交织处受到外力的作用产生位移趋势时会遇到相邻其它纤维丝说明书CN104032727A2/3页4阻止这种趋势，进而在土体内部形成了空间网状结构，使外部荷载分布到更大的空间受力区域，同时碳纤维网格对土体颗粒的空间约束作用，有效约束了土体颗粒的位移和变形，增强了土体的强度和整体性，体现了纤维网三维拉筋作用。附图说明0009图1为碳纤维掺量对土样无侧限抗压强度的影响关系示意。
8、图；0010图2为各试样无侧限抗压强度应力应变曲线。具体实施方式0011下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。0012实施例本实施例采用日本东丽公司生产的碳纤维材料，碳元素质量分数在90以上，其基本物理力学参数见表1；试验所用土样取自南京地区，其物理力学性质见表2，经分析，该试验用土属于低液限粉质粘土。0013表1碳纤维的物理力学参数00140015表2粘土的物理力学性质00160017试样制备过程如下将取自南京地区的土样自然风干并粉碎，风干含水量为305。本发明中碳纤维的长度为9MM，掺量分别为干土重量的0、001、002、003、005、01、015、0。
9、25、035和05，按上述配比分别配制了素土和含有碳纤维土共10组试样，每组配比制备三个平行试样，样品制备方法为压样法，分5层压实，样品高80MM，直径为391MM。碳纤维土样的制备过程为先将一定掺量的碳纤维丝与风干土搅拌均匀，再加定量水配制至最佳含水率20，最佳干密度15G/CM3，在保湿器中静置20H，各试样的相关参数如表3所列。0018为了解碳纤维的掺入对土的强度的影响，对配制的10组试样进行了无侧限抗压强度UCS试验，测试各试样的无侧限抗压强度值，所有土样均在测试之前完全浸水24H。本次试验所用实验仪器为南京土壤仪器厂生产的YYW2型应变控制无侧限抗压仪，控制加载速率为24MM/MIN。
10、，直至土样破坏。0019素土及不同碳纤维掺量试样的无侧限抗压强度如表3及图1所示0020表3试样的无侧限抗压强度值说明书CN104032727A3/3页500210022注土样编号S为素土；CF为含碳纤维土。0023从表3和图1中可以看出在控制干密度和含水率的前提下，碳纤维的掺入可有效增强土的强度，但土体强度并不因碳纤维掺量的增加而增大，增强效果最显著的是掺量01，增强比例达到2564。当掺量超过015时，碳纤维的掺入对土体强度的提高幅度不大。0024图2为素土与不同掺量纤维土的UCS试验应力应变曲线。从图2A可知，碳纤维掺量高的土样应力应变曲线位于碳纤维掺量低的土样应力应变曲线上方，素土的峰。
11、值强度最低。素土的应力应变曲线在初始阶段往往表现为非线性，而碳纤维粘土的应力应变曲线在初始阶段近似呈线性，早期刚度近似相等。试样破坏以后，纤维土的强度曲线下降趋势较素土平缓，纤维含量最高的CF4表现出最佳的破坏韧性。从图2B可知，从CF5到CF9，随着掺量的增加试样的峰值强度下降，但呈现出的塑性特质越明显，试样破坏后，试样强度曲线下降趋势随掺量的增加而趋于平缓；CF5CF8，早期应力应变关系近似于直线，且碳纤维粘土强度较大时，其应力应变关系的直线段斜率越大，随着碳纤维掺量的增大，粘土在发生轴向应变后轴向应力的上升速率减小，初始刚度降低，但降低幅度较小。本次试验结果表明，碳纤维可以显著提高土的工。
12、程性质，土样最高增强比例可达2564。但是纤维加筋对土体强度提高的效果与碳纤维掺量之间并不是简单的线性关系。0025本发明将碳纤维用于加筋粘性土，通过在粘土里掺入一定量的碳纤维，能有效提高土体的无侧限抗压强度，强度值随着掺量的增加先增大后减小，01掺量时的增强效果最为显著。碳纤维的掺入可以使土体由脆性破坏转向塑性破坏，在掺量0010，碳纤维加筋对土的初始刚度影响不明显，在掺量01505，初始刚度因掺量的增大而降低，降低幅度较小。碳纤维可作为粘土中的加固材料，在岩土工程实践中具有广阔的应用前景。0026如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。说明书CN104032727A1/3页6图1说明书附图CN104032727A2/3页7图2A说明书附图CN104032727A3/3页8图2B说明书附图CN104032727A。