活性炭穩(wěn)固紅土的抗壓和抗剪強(qiáng)度

　　土壤的行為和特性顯著影響許多土木工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性、安全性和成功。土壤穩(wěn)定和土壤加固在許多工程結(jié)構(gòu)中被廣泛用于提高巖土特性，例如天然土壤的可塑性、耐久性、抗剪強(qiáng)度、密度和滲透性。必須考慮環(huán)境控制的各個(gè)方面，包括水污染控制、水資源、圍堵和廢物處理，以及減輕地震和滑坡等自然災(zāi)害對建筑物的影響。因此，穩(wěn)定下墊土對于建立穩(wěn)定的系統(tǒng)至關(guān)重要。本研究使用活性炭和椰殼纖維作為環(huán)保粘合劑來穩(wěn)定紅土。進(jìn)行了包括無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和直接剪切試驗(yàn)在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)，以研究不同百分比活性炭穩(wěn)定土的力學(xué)性能。

　　實(shí)驗(yàn)材料和方法

　　本次采用的活性炭是由椰殼作為原料生產(chǎn)的，具有微孔特征和高比表面積，圖1顯示了紅土、活性炭和椰殼纖維的圖像。椰棕纖維具有更高的抗拉強(qiáng)度，更輕，含有更多的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素，并且比其他天然纖維具有更慢的降解速度。

　　圖1：(a)紅土、(b)活性炭和(c)椰殼纖維的圖像。

　　使用無側(cè)限壓縮試驗(yàn)研究活性炭和椰棕纖維的穩(wěn)定試樣的機(jī)械特性。測試按照特定的速率進(jìn)行，以確定穩(wěn)定土的抗壓強(qiáng)度(qu)。試樣被壓實(shí)三層，類似于壓實(shí)試驗(yàn)。圖2顯示了本次調(diào)查中用于UCS測試的機(jī)器。

　　圖2：UCS測試(a)壓縮前和(b)壓縮后。

　　無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

　　天然土壤、活性炭穩(wěn)固土壤和椰殼纖維穩(wěn)固土壤的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3所示。首先，檢查土壤中1%、2%和3%的活性炭含量。然后，對土壤進(jìn)行了1%、2%、3%的活性炭和0.5%的椰殼纖維測試，因?yàn)樘砑右瑲だw維會(huì)使壓實(shí)密度降低5%以上，因此會(huì)降低土壤強(qiáng)度。如圖3a所示，土壤強(qiáng)度隨著活性炭含量的增加而提高，與之前的研究相似。例如，對于1%、2%和3%活性炭，未經(jīng)處理的UCS值分別為200.87kPa、243.65kPa、306.31kPa和545.40kPa，如圖3所示一個(gè)。0.5%椰殼纖維的組合進(jìn)一步增加了活性炭穩(wěn)固土壤的UCS，如圖3b所示。同樣，還發(fā)現(xiàn)添加活性炭提高了土壤的UCS值。

　　圖3：(a)活性炭試樣和(b)椰殼纖維試樣的UCS結(jié)果。

　　活性炭的高強(qiáng)度取決于土壤孔隙度的減少。膠結(jié)鍵和更致密的織物是UCS值和剪切強(qiáng)度提高的主要原因。圖3b表明，活性炭穩(wěn)定土中的添加纖維將活性炭穩(wěn)定土的脆性行為轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝孕袨椋�同時(shí)提高了抗壓強(qiáng)度。活性炭試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示出快速硬度達(dá)到峰值，然后軟化。然而，通過在活性炭試樣中添加0.5%的椰殼纖維，增強(qiáng)試樣顯示出延展性行為。活性炭試樣中添加的纖維通過將纖維周圍的顆粒緊密包裹起來作為橋面來增強(qiáng)土壤強(qiáng)度。

　　直接剪切試驗(yàn)

　　活性炭試樣的剪切強(qiáng)度與剪切應(yīng)變的關(guān)系。峰值剪切強(qiáng)度隨著正應(yīng)力的增加而提高，特別是300kPa正應(yīng)力。此外，添加活性炭增加了峰值剪切強(qiáng)度，并且增強(qiáng)率隨著法向應(yīng)力的增加而增加，如圖4a所示。同樣，添加0.5%的椰殼纖維進(jìn)一步提高了活性炭穩(wěn)定土的峰值剪切強(qiáng)度，如圖4b所示。雖然在天然紅土中添加活性炭會(huì)增加峰值強(qiáng)度，但對于超過2%的活性炭，增加率并不顯著。例如，活性炭穩(wěn)定土的峰值強(qiáng)度分別為2%和3%活性炭的121.8kPa和123.72kPa。總體而言，與本研究的結(jié)果相似。發(fā)現(xiàn)在石灰穩(wěn)定土壤中使用椰殼纖維可進(jìn)一步提高抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。還觀察到，椰殼纖維的加入提高了膨脹土中的兩個(gè)剪切參數(shù)。

　　圖4：(a)不同百分比的活性炭對不同法向應(yīng)力下剪切強(qiáng)度的影響，(b)活性炭穩(wěn)定土中夾雜纖維對不同法向應(yīng)力下抗剪強(qiáng)度的影響。

　　活性炭穩(wěn)固紅土的抗壓和抗剪強(qiáng)度，研究了一種用于紅土土壤穩(wěn)定的技術(shù)，包括活性炭和椰殼纖維。本研究通過很多方法測試評估了用活性炭和椰殼纖維穩(wěn)定的土壤。根據(jù)測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)處理的紅土不能用作小流量道路的路面，除非用活性炭和椰殼纖維進(jìn)行穩(wěn)定。總的來說，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)工作的發(fā)現(xiàn)，得出以下結(jié)論：

　　1、隨著活性炭含量的增加和椰殼纖維的添加，土壤樣品的抗壓強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。這種改進(jìn)是由于纖維、活性炭和土壤之間的有效聯(lián)鎖。

　　2、在活性炭土中添加椰殼纖維可改善力學(xué)參數(shù)，例如峰值剪切強(qiáng)度、摩擦角、內(nèi)聚性、柔韌性和剩余強(qiáng)度，這些是建筑工程中的關(guān)鍵參數(shù)。

　　3、椰殼纖維改性試樣的內(nèi)聚力高于未經(jīng)處理的試樣。活性炭在穩(wěn)定過程中填充微孔和多孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)均勻分散在土壤中時(shí)，椰殼纖維可以填補(bǔ)一些空隙并提供互鎖效果。因此，由于增加的內(nèi)聚力和摩擦角，椰殼纖維和活性炭可以顯著提高土壤的剪切強(qiáng)度。因此，這些材料會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的土壤混合物，由于過載，地面上的突然破壞會(huì)減少。

　　4、活性炭和椰殼纖維的結(jié)果顯示了哪些孔隙被活性炭填充。因此，由于材料的原因，礦物質(zhì)和添加劑之間的反應(yīng)結(jié)合了土壤顆粒，從而提高了內(nèi)聚性、壓縮和剪切強(qiáng)度。

　　5、活性炭的多孔結(jié)構(gòu)和微孔在穩(wěn)定過程中充滿了紅土。因此，活性炭在紅土中的孔徑和孔體積減小。

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