[发明专利]利用石墨烯提高土的无侧限抗压强度的方法

说明书

本发明公开了一种利用石墨烯提高土的无侧限抗压强度的方法，包括以下步骤：(1)将干土和水配置为设定含水率的土样；(2)将干土质量0％～4％的石墨烯掺入土样中，并分为n个配比组；(3)针对每组配比的改性土，采用击实法制备m个平行试样；(4)对试样进行饱和后，浸润f小时；(5)对配制的n组试样进行无侧限抗压强度试验，测试试样的无侧限抗压强度值；(6)绘制石墨烯掺量‑改性土试样的无侧限抗压强度关系曲线，得出强度提高幅度最大时，石墨烯的掺量值；(7)绘制不同石墨烯掺量试样抗压强度试验应力‑应变曲线。与现有技术相比，本发明在土中掺入石墨烯，改善了土体结构，提高了土的无侧限抗压强度。

技术领域

本发明涉及一种提高土的无侧限抗压强度的方法，具体涉及利用石墨烯提高土的无侧限抗压强度的方法。

背景技术

随着科技的发展，高层及超高层建筑物的不断涌现，对构筑物的地基强度及其稳定性提出了更高的要求，而天然土体较低的强度越来越难以满足现代工程对地基强度的要求。

石墨烯作为土体的加固材料，在能源、电子、生物医学、复合材料和岩土工程等领域都具有广泛的应用前景。目前，石墨烯的制备已逐步实现工业化量产，在其生产、使用过程中，将不可避免地释放大量废弃石墨烯到环境中。研究表明，高强度、低成本的石墨烯作为增强填料，可以提高材料的力学性能，因此若能将废弃石墨烯用于土体改性，不仅能实现废物利用，且对于土体加固工程具有重要的工程应用价值。但目前关于石墨烯改性土的研究尚处于起步阶段。为了使石墨烯能得到合理使用、排放与后期处理，关于石墨烯对土强度性能的影响研究具有十分重要的价值。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种利用石墨烯提高土的无侧限抗压强度的方法，以改善土粒级配，改善土体结构，提高土的无侧限抗压强度。

技术方案：利用石墨烯提高土的无侧限抗压强度的方法，包括以下步骤：

(1)将干土和水配置为设定含水率的土样；

(2)将掺量范围为干土质量的0％～4％的石墨烯掺入土样中变为改性土，并分为n个配比组；

(3)针对每组配比的改性土，采用击实法制备m个平行试样；

(4)对试样进行饱和后，浸润f小时；

(5)对配制的n组试样进行无侧限抗压强度试验，测试各试样的无侧限抗压强度值；

(6)绘制石墨烯掺量-改性土试样的无侧限抗压强度关系曲线，得出强度提高幅度最大时，石墨烯的掺量值；

(7)绘制不同石墨烯掺量改性土试样的无侧限抗压强度试验应力-应变曲线，并对结果进行分析。

步骤(2)中，石墨烯为多层石墨烯，其平均晶粒尺寸为5nm，比表面积范围为100-300m2/g。

步骤(3)中，击实法中，将改性土试样分为若干层击实；其中改性土试样在每铺一层时，将击锤提到固定高度击实至设定高度，放下一层土前，将上一层土表面刨毛。

步骤(4)中，采用抽气真空饱和法对试样进行饱和。

工作原理：本发明通过在土里掺入石墨烯，石墨烯的比表面积范围为100-300m²/g，具有极大的表面能和强烈的吸附活性，能够将土颗粒包围；石墨烯填充在土颗粒形成的孔隙中，改性土的土颗粒间的接触方式发生了改变：土颗粒被石墨烯包围隔离，改变了土颗粒之间的键合作用，形成了粘土颗粒与石墨烯之间的新的胶结，出现团粒结构，土粒之间的接触和摩擦主要发生在土颗粒与石墨烯之间。而石墨烯的力学性能使得当土体受到轴向压力的作用时，石墨烯的刚度约束了土体的横向变形，延缓裂缝的扩大，进而提高土体的抗压性能。