廢舊輪胎-土復(fù)合體力學(xué)性能的研究.pdf

1、隨著汽車業(yè)的高速發(fā)展，產(chǎn)生了大量廢棄舊輪胎。據(jù)調(diào)查，2012年中國(guó)輪胎產(chǎn)量高達(dá)8.92億條，產(chǎn)生的廢舊輪胎也多達(dá)2.8億條，總重量1018萬(wàn)噸，居世界第一位。舊輪胎造成的“黑色污染”問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，極大的危害著自然環(huán)境及人類的身心健康。為解決上述問(wèn)題，本項(xiàng)目創(chuàng)新性的提出了新型輪胎-土擋土墻技術(shù)，利用廢舊輪胎作為擋土結(jié)構(gòu)材料，避免廢棄舊輪胎的二次加工，降低使用成本，減少環(huán)境污染。該技術(shù)將土體或再生集料填充到廢舊輪胎內(nèi)并密實(shí)，形成輪胎-土復(fù)

2、合體，然后將其分層疊加形成重力式擋土墻。從復(fù)合體受力機(jī)理上來(lái)講，由于輪胎自身堅(jiān)固并具有較高的環(huán)法向約束力，在荷載作用下填充材料將被壓縮在輪胎腔內(nèi)，形成穩(wěn)定的復(fù)合體。
　　本文就廢舊輪胎作為擋土墻材料應(yīng)用于工程建設(shè)的可行性進(jìn)行了相關(guān)研究，包括廢舊輪胎作為土工材料應(yīng)用中的自身結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)、廢舊輪胎一土復(fù)合體單體室內(nèi)抗壓試驗(yàn)、廢舊輪胎-土復(fù)合體界面特性試驗(yàn)、復(fù)合體數(shù)值模擬等幾個(gè)方面。本文的主要工作及成果如下:
　　(1)分析了廢

3、舊輪胎目前幾種主要回收利用途徑的優(yōu)缺點(diǎn)，主要評(píng)價(jià)廢舊輪胎這種材料對(duì)環(huán)境的影響，重點(diǎn)研究了廢舊輪胎作為土工材料用于工程建設(shè)的幾種主要形式和方法。
　　(2)分析廢舊輪胎自身的組成結(jié)構(gòu)、并進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試其力學(xué)特性，證明了廢舊輪胎這種材料作為土工材料的可行性。
　　(3)對(duì)廢舊輪胎-土復(fù)合體受力和變形特性進(jìn)行了無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)以及回彈模量試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明:①?gòu)?fù)合體的變形模量與填充材料的粒徑有關(guān)，相同密實(shí)度下，粒徑越大，變形模

4、量越小，并且卸載后密實(shí)度的增加比例越大。同時(shí)，變形模量也與填充材料的密實(shí)度成正相關(guān)。②輪胎-土復(fù)合體的豎向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線為先凸形變形轉(zhuǎn)為凹形變形。原因是，前段的凸形變形是因?yàn)橛辛祟A(yù)壓，填料的空隙已經(jīng)有一部分的密實(shí);后端的凹形變形是因?yàn)殡S著荷載的加大，空隙已經(jīng)越難被密實(shí)。③輪胎-土復(fù)合體豎向應(yīng)力-徑向應(yīng)變曲線趨勢(shì)亦為先凸后凹，分析其原因與豎向應(yīng)力-豎向應(yīng)變關(guān)系曲線相同。④全部卸載后，復(fù)合體無(wú)法回彈至原點(diǎn)，說(shuō)明復(fù)合體既有彈性變形，又有塑

5、性變形。⑤對(duì)復(fù)合體的變形模量的取值進(jìn)行了論述，得出復(fù)合體變形模量與輪胎彈模、填充料彈模之間的關(guān)系。
　　(4)利用數(shù)值軟件ansys進(jìn)行了輪胎-土復(fù)合體進(jìn)行模擬計(jì)算。結(jié)果表明:①?gòu)臄?shù)值模擬軟件得出的復(fù)合體的應(yīng)力圖、數(shù)據(jù)分析來(lái)看，廢舊輪胎-土復(fù)合體結(jié)構(gòu)用于土木工程時(shí)，外部輪胎的約束作用可起到提高土體抗壓模量、減少側(cè)向變形、減少沉降的、增加土坡穩(wěn)定性的作用。②通過(guò)數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，兩者結(jié)果比較符合，說(shuō)明試驗(yàn)方法和試驗(yàn)步驟具

6、有一定的科學(xué)性。工程實(shí)際運(yùn)用中，可利用有限元模型模擬實(shí)際工況，以減少試驗(yàn)工作量。
　　(5)對(duì)廢舊輪胎-土復(fù)合體進(jìn)行界面特性的研究。研究結(jié)果表明:①輪胎-土復(fù)合體的界面能提高抗剪的效果主要是通過(guò)增大土體的內(nèi)摩擦角的方式，而粘聚力會(huì)有所降低。②由于輪胎的側(cè)壁有一定的內(nèi)凹和土體的自重作用，所以復(fù)合體之間最后的剪切破壞面并不會(huì)出現(xiàn)在兩輪胎接觸的中心線上，而是出現(xiàn)在靠上面的輪胎一側(cè)，呈現(xiàn)出一條凸形的曲線，并偏向于受力的一端。③對(duì)復(fù)合體的剪