Influencia del método de refuerzo en los parámetros característicos de las fisuras del estudio experimental de suelos expansivos.

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 6433 (2023) Citar este artículo

411 Accesos

Detalles de métricas

El talud de suelo expansivo se caracteriza principalmente por la disminución de la integridad del talud causada por el agrietamiento superficial del suelo expansivo y la destrucción de la estructura interna del suelo, lo que afecta seriamente la estabilidad general del talud de suelo expansivo. Para estudiar el efecto de la combinación de refuerzo de geomalla y vegetación de pendiente en la inhibición del desarrollo de grietas expansivas en el suelo, se crearon seis grupos de modelos de prueba. Se simuló el ciclo natural seco-húmedo y la imagen de la grieta se binarizó mediante tecnología de procesamiento de imágenes. Se extrajeron los parámetros característicos de las grietas, como la proporción de grietas, el ancho y la longitud de las grietas, y se evaluó exhaustivamente el efecto de varios métodos de refuerzo para inhibir el desarrollo de grietas. Se obtuvo la situación básica del desarrollo de los índices de fisura en cada grupo con el desarrollo de múltiples ciclos seco-húmedo, y los cambios de fluctuación de los índices de fisura en diferentes etapas fueron diferentes bajo diferentes métodos de refuerzo y ciclos seco-húmedo. Al mismo tiempo, se obtiene la influencia de diferentes métodos de refuerzo en el desarrollo de grietas en suelos expansivos. Se considera que plantar pasto vetiver + mochilero de geomalla tiene un buen efecto para inhibir el desarrollo de grietas en el suelo expansivo.

El suelo expansivo es un tipo de arcilla con alto contenido plástico que es sensible al cambio de humedad ambiental y tiene múltiples grietas, fuerte dilatación y atenuación de la resistencia1. Bajo ciclos seco-húmedo, la deformación repetida por expansión y contracción del suelo expansivo conducirá a la formación de grietas y al desarrollo gradual de rejillas de grietas aleatorias2. Si un suelo expansivo se genera por una gran cantidad de grietas, no sólo hace que el agua de lluvia penetre más fácilmente sino que también reduce la resistencia y estabilidad del suelo, que es propenso a sufrir desastres geológicos. Por lo tanto, tiene importancia social y práctica estudiar el tratamiento para inhibir el desarrollo de grietas expansivas del suelo y reducir eficazmente el daño potencial a largo plazo del suelo expansivo.

Para reducir la ocurrencia de desastres expansivos en laderas del suelo, el refuerzo de geomallas, una tecnología de "hinchazón suave", se utiliza ampliamente en ingeniería. Además su eficacia técnica, económica y de protección ambiental han sido probadas y verificadas por un gran número de prácticas3,4,5,6,7,8. Las investigaciones sobre este bloque se centran principalmente en la mecánica, mientras que las investigaciones sobre grietas son raras, por lo que es necesario estudiarlas. En los últimos años, con el creciente énfasis en el entorno ecológico en China, los métodos tradicionales de protección de pendientes han ido fallando gradualmente en satisfacer las necesidades actuales, por lo que la tecnología de protección ecológica de pendientes se convertirá en un medio inevitable para la gobernanza de la protección de pendientes.

Existen pocos estudios sobre la inhibición de grietas en suelos expansivos en vegetación de laderas. En términos de la inhibición de las raíces de las plantas en las grietas expansivas del suelo, Wang estudió la influencia de la proporción de refuerzo de la paja de arroz en el rendimiento del agrietamiento del suelo y encontró que la proporción de refuerzo límite del agrietamiento del suelo reforzado con paja de arroz debería ser del 0,3%9; Mei descubrió que las raíces de las plantas inhibían el desarrollo de grietas expansivas en el suelo simulando raíces de plantas con cuerda de cáñamo10; Fu descubrió que el refuerzo de las raíces de vetiver tiene un efecto inhibidor significativo sobre las grietas de contracción seca del suelo expansivo, y cuanto mayor es el contenido de raíces, más fuerte es el efecto inhibidor11. Se ha practicado12 e investigado13 la protección ecológica y de geomallas de taludes en la aplicación de tratamientos de taludes, y también tiene aplicación en el tratamiento y reparación de deslizamientos de tierra de taludes expansivos14,15. Entonces, ¿cómo afectará la tecnología de refuerzo ecológico flexible formada por la combinación de refuerzo de geomalla y protección de pendientes de vetiver al desarrollo de grietas expansivas del suelo? En este artículo, se utilizaron seis grupos de modelos de prueba (grupo A: suelo desnudo, grupo B: geomalla sin mochilero, grupo C: geomalla con mochilero, grupo D: plantación de pasto vetiver, grupo E: plantación de pasto vetiver + geomalla sin mochilero, grupo F : siembra de pasto vetiver + geomalla con mochilero) se hicieron crecer durante 6 meses en el ambiente natural. Bajo la acción de un ciclo natural seco-húmedo, se analizó el proceso de evolución de grietas y la ley de desarrollo de cada modelo y se comparó el desarrollo de grietas de cada modelo. Se estudió el efecto inhibidor de la estructura integrada formada por el refuerzo transversal vertical y horizontal de la geomalla y el sistema de raíces de vetiver sobre el desarrollo de grietas en suelos expansivos, lo que proporcionó orientación técnica para el tratamiento del desarrollo de grietas en suelos expansivos y redujo efectivamente el riesgo a largo plazo. daño potencial del suelo expansivo. La investigación en el campo del tratamiento expansivo de suelos se enriquece para proporcionar una base teórica para la aplicación práctica del tratamiento expansivo de suelos.

El suelo de prueba se tomó de una pendiente de excavación de la estación de autobuses de Heishipu en Changsha, provincia de Hunan, China, y la profundidad de muestreo es de 0,5 a 1 m por debajo de la superficie de la pendiente. Luego, las muestras de suelo se exprimieron a través de un tamiz de 5 mm después de secarlas al aire y triturarlas. Cumpliendo con la norma para el método de prueba geotécnica (GB/T 50123-2019)16, se midió que el contenido de humedad del suelo era del 7,46 %. Se midieron la densidad seca máxima (1,791 g/cm3), el contenido de humedad óptimo (19,3%), el límite líquido (53,5%) y el límite plástico (23,9%), respectivamente. De acuerdo con la Norma para el método de prueba geotécnica (GB/T 50123-2019)16, los principales parámetros físicos básicos se muestran en la Tabla 1. El patrón de difracción de rayos X del suelo expansivo se muestra en la Fig. 1. Y la curva de gradación de partículas se muestra en la Fig. 2.

Difracción de rayos X de suelos caros.

Curva de granulometría de partículas.

De acuerdo al método de refuerzo, es necesario realizar seis grupos de modelos de prueba (grupo A: suelo desnudo, grupo B: geomalla sin mochilero, grupo C: geomalla con mochilero, grupo D: siembra de pasto vetiver, grupo E: siembra de pasto vetiver + geomalla sin mochilero, grupo F: plantación de pasto vetiver + geomalla con mochilero), y consulte la Fig. 3 para ver la disposición de los modelos de geomalla. El tamaño de la caja del modelo de prueba (Fig. 4) es 465 mm × 350 mm × 220 mm. Al realizar el modelo de prueba, el suelo expansivo secado al aire con un contenido de humedad del 7,46 % se mezcló con agua para preparar muestras de suelo hasta un contenido de humedad del 19,3 % y una compacidad del 90 %. Se untó una capa de vaselina en el interior de la caja modelo para reducir el efecto límite, y luego las muestras de suelo se dividieron en cuatro capas y se cargaron en la caja modelo para su compactación en capas. La altura de cada capa se controló para que fuera de 5 cm después de la compactación para garantizar que la altura del modelo de prueba fuera de 20 cm después de la compactación. En el proceso de compactación de la muestra de suelo, se dispuso una capa de geomalla cada 5 cm (desde el fondo de la caja modelo). Después de la compactación de la muestra de suelo, se cavaron agujeros de 5 cm × 5 cm × 5 cm en las esquinas de la caja modelo (grupo D, grupo E, grupo F) donde se iba a plantar el pasto vetiver. Finalmente, todas las cajas modelo se cubrieron con una película plástica y se enterraron en pozos exteriores bien excavados (simulando el entorno natural para el crecimiento del césped y el riego y fertilización regulares). Se extendió una capa de tierra sobre la superficie de las cajas modelo para cubrir la película plástica para evitar el daño de la película plástica en el ambiente natural y permitir el crecimiento completo del vetiver durante 6 meses (Fig. 5 Proceso de crecimiento de pasto vetiver).

Disposición de geomallas de modelos.

Caja modelo.

Proceso de crecimiento del pasto vetiver.

Después de seis meses, se desenterró la caja modelo. Teniendo en cuenta que algunas cajas modelo fueron plantadas con pasto vetiver, se seleccionó un área rectangular con un tamaño de caja modelo de 410 mm × 300 mm para las estadísticas del desarrollo de grietas, como se muestra en la Fig. 6. Dado que las raíces crecen naturalmente hacia abajo y el modelo El espacio de la caja es limitado, las raíces crecerían hasta el área media de la caja modelo con el crecimiento de las raíces. Se puede ver en las raíces laterales en la superficie del suelo en la Fig. 7 que las raíces en la caja modelo se desarrollaron bien.

Área estadística de crack.

Sistema de raíces laterales.

Después de seis meses, se excavó la caja modelo y se cortó el vetiver que excedía la altura de la caja modelo. Se pesó la masa inicial de cada caja modelo y se realizaron cinco ciclos seco-húmedo. El rociador neumático se utilizó en el proceso de lluvia y el rociador se fijó encima de la caja modelo. El estándar final del proceso de lluvia: las grietas de la superficie se curaron y la calidad de la caja modelo volvió a la calidad inicial, la lluvia y el tiempo de lluvia para cada grupo se muestran en la Tabla 2. Debido a las altas temperaturas del verano en Changsha, en el proceso de secado , Bathbar simuló la luz solar (aproximadamente 45 °C en la superficie del suelo) y el secado duró 7 h. Cada l h se midió el ancho y la profundidad de las grietas en los puntos seleccionados en el área de medición. Hasta que el ancho y la profundidad de las grietas no cambiaron, se dio por terminado el proceso de secado y luego se completó un ciclo seco-húmedo. Dado que las cajas modelo estuvieron enterradas afuera durante seis meses y llovía unos días antes de excavarlas, no se llevó a cabo el proceso de lluvia para el primer ciclo húmedo-seco.

Con el fin de analizar la formación, desarrollo y evolución de grietas bajo la acción de ciclos seco-húmedo, se observó mediante fotografía de cámara durante la prueba el desarrollo de grietas en el área rectangular seleccionada, y se sentaron las bases para el análisis cuantitativo de grietas. . Al tomar fotografías, la lente de la cámara estaba paralela a la superficie del modelo y la distancia entre la cámara y el modelo se ajustaba continuamente, de modo que los cuatro bordes del área rectangular coincidieran con el límite de la visión de la cámara, para garantizar que cada ángulo de tiro y distancia de tiro fueran consistentes. El proceso de ajuste se muestra en la Fig. 8.

La mejor visión de tiro.

En el experimento, las fotografías de las grietas en cada área tomadas por la cámara eran imágenes en color RGB, y la diferencia entre las grietas y los bloques de suelo se refleja principalmente en la diferencia de color. Debido a la gran cantidad de datos contenidos en la imagen en color, es difícil extraer la información de la grieta. Por lo tanto, para analizar cuantitativamente la red de grietas de manera más eficiente y precisa, se utilizó el software MatLab para realizar la binarización, eliminación de impurezas, puentes y otras operaciones de la imagen de la grieta (la resolución de la imagen de la grieta en pendiente: 4000 × 3000, la resolución de la imagen de la grieta en el área de observación: 400 × 300). Al mismo tiempo, se contaron los parámetros característicos de las grietas, como la relación de grietas, la longitud de las grietas y el número de grietas. Las imágenes de grietas procesadas se muestran en la Tabla 3.

Se proponen los siguientes índices de grietas para el análisis cuantitativo basado en imágenes de grietas17,18.

La relación de grietas es la relación entre el área agrietada dentro del área de estadísticas de grietas y el área total de la región (la relación entre los píxeles negros y la suma de los píxeles blancos y negros en la imagen procesada). Este índice refleja el grado general de agrietamiento de la masa de suelo regional.

El número de grietas se define como una línea de grieta entre dos nodos adyacentes (Fig. 9), que refleja el número de grietas del suelo. Al contar el número de grietas, cada grieta aislada se denota como una. Las grietas aisladas están marcadas por los componentes conectados, y el número de componentes conectados obtenidos es el número de grietas.

La longitud total de la grieta es la suma de todas las longitudes de la grieta en la región calculada de acuerdo con la imagen de la columna vertebral de la grieta. La longitud total de las grietas se obtiene uniendo los píxeles de la imagen de la grieta principal y calculando el número total de píxeles.

El ancho promedio de la grieta es la relación entre el área de la grieta y la longitud total de la grieta en el área estadística.

Durante la primera hora de observación del primer ciclo seco-húmedo, se seleccionaron tres puntos de grieta en el área de observación (Fig. 10) y se incluyeron las grietas más obvias para medir el ancho y la profundidad de la grieta en cada ciclo seco-húmedo. La medición del ancho adopta un calibre a vernier y la medición de la profundidad adopta el método de inserción de alambre.

Imagen del número de crack.

Posiciones de medición del ancho y profundidad de la grieta de cada caja modelo (a – f).

Una vez completado el proceso de lluvia, el contenido de humedad del suelo en la superficie de la caja modelo y por debajo de cierto rango es aproximadamente el mismo. Hillel señaló que la evaporación de la humedad del suelo debería cumplir tres requisitos: (1) la superficie del suelo debería retener el calor durante un largo tiempo; (2) la presión de vapor en la atmósfera es menor que la de la superficie del suelo; (3) el agua se transfiere continuamente desde el suelo a la superficie de evaporación19. Al comienzo del proceso de secado, primero se calentó la superficie del suelo de la caja modelo, luego el agua comenzó a disiparse y el contenido de humedad disminuyó. Con el proceso de secado continuo, cuando la succión matricial del suelo aumentó a un cierto valor, la tensión de tracción horizontal neta generada por la descomposición de la succión matricial de la superficie del suelo de la caja modelo fue mayor o igual a la resistencia a la tracción de el suelo mismo, el suelo generó grietas de tracción, y también se generaron grietas.

La Figura 11 muestra el cambio en la proporción de grietas de cada caja modelo en cinco ciclos seco-húmedo. Se puede observar que la proporción de fisuras de cada grupo aumentó rápidamente durante el primer ciclo seco-húmedo, y la proporción de fisuras del grupo D fue la más prominente. En el segundo ciclo seco-húmedo, la mayor parte de la proporción de fisuras disminuyó, pero la proporción de fisuras del grupo E aumentó significativamente, mientras que la proporción de fisuras de los grupos D y F disminuyó significativamente, pero la proporción de fisuras del grupo D siguió siendo la más prominente. En el tercer ciclo seco-húmedo, excepto por la disminución obvia de la proporción de fisuras en el grupo E, la proporción de fisuras en cada grupo aumentó, entre los cuales la proporción de fisuras en los grupos A, B y C aumentó significativamente, pero el desarrollo de la proporción de fisuras En cada grupo poco a poco comenzaron a acercarse. Después del cuarto ciclo seco-húmedo, la proporción de fisuras de cada grupo tiende a ser estable. Se especula que debido a la humectación de la superficie del suelo durante el segundo ciclo seco-húmedo, el suelo en sí se ha restaurado hasta cierto punto, mientras que el efecto de recuperación del grupo F es mejor y la resistencia del suelo superficial es más fuerte. Durante el tercer ciclo seco-húmedo, la estructura del suelo puede estar casi destruida y el desarrollo de la proporción de grietas en cada grupo comenzó a ser estable después del cuarto ciclo seco-húmedo. La integración encontró que el desarrollo de la relación de grietas de cada grupo se dividió en cuatro etapas con múltiples ciclos seco-húmedo: crecimiento rápido, reducción, crecimiento lento y estabilidad, y el desarrollo de la relación de grietas estaba en una etapa estable después del cuarto seco-húmedo. ciclo.

Desarrollo de la relación de grietas en cinco ciclos seco-húmedo (a – e).

En la etapa decreciente del desarrollo de la proporción de grietas, la proporción de grietas de los grupos D, E y F disminuyó significativamente. Puede ser que el sistema de raíces del vetiver haya tenido cierto efecto en la mejora de la resistencia superficial del suelo. La cohesión del suelo se vio mejorada por la fricción y la oclusión entre el crecimiento de las raíces hasta la superficie del suelo y el suelo, lo que hizo que el suelo alrededor de la raíz fuera más holístico, debilitó la fragmentación del suelo y mejoró aún más la resistencia del suelo superficial. Además, debido a que el sistema de raíces siempre ha existido, la resistencia de la superficie del suelo se puede mejorar hasta cierto punto. El desplazamiento de la geomalla mejoró la restricción lateral y aumentó la resistencia del suelo en la geomalla. Las raíces de vetiver crecieron a través de la geomalla y se intercalaron en el suelo, lo que mejoró la resistencia del suelo fuera del área de refuerzo de la geomalla. La geomalla mochilera y el sistema de raíces de vetiver forman una estructura reforzada entrecruzada, entrelazada, mejoró la resistencia general del suelo y mejoró la estabilidad del suelo, de modo que el desarrollo de grietas se inhibió significativamente.

La Figura 12 muestra el desarrollo del número de grietas de cada caja modelo en cinco ciclos seco-húmedo. Se puede ver en la Fig. 12 que el número de grietas de cada caja modelo primero aumentó bruscamente y luego se estabilizó gradualmente con el tiempo de secado en cada ciclo seco-húmedo. En el primer ciclo seco-húmedo, el número de grietas de los grupos D y E fue significativamente menor que el de los otros cuatro grupos. El desarrollo del número de grietas en los grupos B y C fue ondulado, lo que puede deberse a la extrusión y curación de algunas grietas y a la aparición de algunas pequeñas grietas nuevas. En el segundo ciclo seco-húmedo, además de que no hubo cambios significativos en los grupos B y F, el número de grietas en los grupos A y C se redujo significativamente, mientras que el número de grietas en los grupos D y E aún aumentó significativamente. especialmente el número de pequeñas grietas en el grupo D aumentó rápidamente, lo que puede estar relacionado con el crecimiento de las raíces hacia la superficie del suelo. Después de un ciclo, la resistencia del suelo no se había restaurado por completo y comenzaron a desarrollarse pequeñas grietas a lo largo de la raíz expuesta a la superficie del suelo. En el tercer ciclo seco-húmedo, el número de grietas en los grupos A, B y C comenzó a aumentar, y el aumento en el grupo C fue muy evidente, mientras que el número de grietas en los grupos D y E disminuyó significativamente, especialmente en el grupo D. Sin embargo, después del cuarto ciclo seco-húmedo, la proporción de grietas de cada grupo tendió a ser estable y el número de grietas en los grupos D y E comenzó a estabilizarse después de aumentar. En general, con múltiples ciclos seco-húmedo, el desarrollo del número de grietas en cada grupo se dividió en cuatro etapas: crecimiento rápido, reducción, crecimiento lento y estabilidad, y el desarrollo del número de grietas estuvo en una etapa estable después del cuarto ciclo seco. –ciclo húmedo. El desarrollo del número de grietas en el grupo F no fluctuó significativamente y se mantuvo estable con múltiples ciclos seco-húmedo.

Desarrollo del número de grietas en cinco ciclos seco-húmedo (a – e).

El número de grietas en la caja modelo de los grupos D, E y F se desarrolló continuamente con el número de ciclos, pero se desarrolló gradualmente lentamente después del tercer ciclo seco-húmedo. El pico de desarrollo del número de grietas en la caja modelo del grupo C fue significativamente mayor que en otros grupos, y el pico de desarrollo del número de grietas en la caja modelo del grupo D fue significativamente mayor que en las cajas modelo de los grupos E. y F, lo que puede deberse a que el efecto de refuerzo único de la geomalla o del sistema de raíces de vetiver no fue bueno. En comparación con los otros cinco grupos, el número de grietas del grupo F fue menor y no fluctuó significativamente con múltiples ciclos seco-húmedo. Fue posible que la estructura reforzada entrecruzada formada por la mochila de geomalla y el sistema de raíces de vetiver agarrara firmemente el suelo, fortaleciendo la integridad del suelo, mejorando la resistencia del suelo y aumentando correspondientemente la fuerza de tracción requerida para el agrietamiento del suelo, lo que redujo el aumento del número de grietas, para lograr un efecto inhibidor significativo sobre el desarrollo de grietas.

La Figura 13 muestra el cambio en la longitud de la grieta de cada caja modelo en cinco ciclos seco-húmedo. Las longitudes de las grietas de cada grupo aumentaron rápidamente y fueron básicamente las mismas en el primer ciclo seco-húmedo. Durante el segundo ciclo seco-húmedo, sólo la longitud de la grieta del grupo D aumentó significativamente, mientras que no se produjeron cambios significativos en otros grupos. En el tercer ciclo seco-húmedo, la longitud de la grieta aumentó en el grupo A, mientras que la longitud de la grieta de los grupos D y E disminuyó, y la longitud de la grieta del grupo E fue la más pequeña. En el cuarto ciclo seco-húmedo, la longitud de la grieta de los grupos A, B, C y F aumentó significativamente, y cada grupo tendió a ser estable, pero la longitud de la grieta del grupo E seguía siendo la más pequeña. Con múltiples ciclos seco-húmedo, el desarrollo de la longitud de la grieta en cada grupo se dividió en cuatro etapas: crecimiento rápido, elaboración estable, crecimiento lento y estabilidad.

Desarrollo de la longitud de la grieta en cinco ciclos seco-húmedo (a – e).

Se puede ver que las grietas cicatrizadas debido a la lluvia no restauraron la resistencia a la tracción del suelo en sí, por lo que el suelo curado se agrietó primero durante el secado. En múltiples ciclos seco-húmedo, la longitud de las grietas aumentó debido a la formación de grietas no completamente penetradas y algunas grietas nuevas. Debido a las diferencias en los métodos de refuerzo, el número de ciclos seco-húmedo necesarios para penetrar completamente las grietas también fue diferente. Después de múltiples ciclos seco-húmedo, se puede ver claramente que la longitud de las grietas del grupo E es la más pequeña, pero la mayoría de las grietas del grupo E eran grietas obvias, lo que afectaría la integridad del suelo y haría que el agua de lluvia se infiltrara más fácilmente.

En general, la longitud de las fisuras aumenta rápidamente al principio. Debido a la penetración incompleta de algunas grietas, aumentó hasta un valor estable. Con los repetidos ciclos seco-húmedo, se penetraron algunas grietas previamente incompletas y se generó algunas grietas nuevas. La longitud de la grieta volvió a aumentar y luego se mantuvo estable. La fluctuación del desarrollo de la longitud de las grietas en el grupo F había sido relativamente estable, lo que puede deberse a la alta estabilidad y la fuerte integridad del suelo, que inhibió las características de daño repetido por expansión y contracción deformación del suelo expansivo.

La Figura 14 muestra la variación del ancho promedio de grieta de cada caja modelo en cinco ciclos seco-húmedo. El ancho promedio de grieta en cada grupo aumentó rápidamente en el primer ciclo seco-húmedo. El ancho promedio de grieta en los grupos D, E y F fue mayor, mientras que fue el más grande y la grieta más obvia en el grupo D. Durante el segundo ciclo seco-húmedo, el ancho promedio de grieta en los grupos D y F disminuyó. y el cambio fue muy obvio en el grupo D, mientras que los otros grupos no cambiaron mucho y la tendencia general se mantuvo estable. Durante el tercer ciclo seco-húmedo, el ancho promedio de grieta en los grupos B y F aumentó ligeramente, y los valores estables del ancho promedio de grieta en cada grupo comenzaron a cerrarse. En los primeros tres ciclos seco-húmedo, el ancho promedio de grieta del grupo E fue significativamente mayor y se mantuvo estable después de reducir significativamente el cambio. Esto puede deberse a que la proporción de grietas aumentó lentamente al principio y el número de grietas fue reducido. Con el tiempo de secado, la proporción de grietas y el número de grietas aumentaron rápidamente, reduciendo así el ancho promedio de las grietas. Durante el cuarto ciclo seco-húmedo, el ancho promedio de las grietas en los grupos A y E aumentó ligeramente, pero el ancho promedio de las grietas en el grupo E aún aumentó y aumentó durante el quinto ciclo seco-húmedo, lo cual fue una manifestación de la destrucción completa del suelo. estructura en la grieta. El ancho promedio de grieta en otros grupos se estabilizó en el cuarto ciclo seco-húmedo. Con múltiples ciclos seco-húmedo, el desarrollo del ancho promedio de grieta en cada grupo se dividió básicamente en cuatro etapas: crecimiento rápido, reducción, crecimiento lento y estabilidad.

Desarrollo del ancho promedio de grieta en cinco ciclos seco-húmedo (a-e).

Debido a los diferentes métodos de refuerzo, la resistencia y la integridad de la superficie del suelo eran diferentes, lo que llevó a la diferencia entre la fluctuación de la caída en la etapa decreciente y la fluctuación del crecimiento en la etapa de crecimiento lento para el ancho promedio de grieta en cada grupo. El cambio del ancho promedio de grieta en el grupo C fue relativamente estable en su conjunto y no fluctuó significativamente con múltiples ciclos seco-húmedo. Se puede ver que aunque el grupo C no alivió el desarrollo de grietas superficiales, también inhibió eficazmente el daño adicional causado por la expansión y contracción repetida del suelo expansivo. El ancho promedio de grieta en el grupo F disminuyó significativamente en la etapa decreciente pero aumentó ligeramente en la etapa de crecimiento lento. Puede ser que la estructura superficial del suelo del grupo F no fuera completamente destruida con múltiples ciclos seco-húmedo, y que la resistencia e integridad del suelo superficial fueran mayores. Además, debido a la existencia de raíces en el grupo F, la resistencia a la tracción del suelo en sí aumentó y la fuerza de restricción lateral del desplazamiento de la geomalla mejoró la integridad del suelo. La fuerza de tracción necesaria para el agrietamiento del suelo aumentó en consecuencia, lo que limitó el ancho de las grietas e inhibió efectivamente su desarrollo posterior.

El análisis de componentes principales es un método de análisis estadístico multivariado que selecciona una pequeña cantidad de variables importantes mediante una transformación lineal de múltiples variables.

Mediante la extracción de la relación de grieta, el ancho de la grieta, la longitud de la grieta y otros parámetros característicos de la grieta de cada caja modelo, se obtuvieron seis índices de prueba principales: el ancho de grieta más obvio, la profundidad de la grieta más obvia, la relación de grieta, el número de grieta y el total de grieta. longitud y ancho promedio de fisura. Con base en el hecho de que el desarrollo de grietas de cada caja modelo había sido estable en el quinto ciclo seco-húmedo, se seleccionaron para el análisis los datos del índice de prueba del quinto ciclo seco-húmedo (Tabla 4).

Para eliminar la influencia de diferentes órdenes de magnitud y dimensiones entre diferentes indicadores, primero se estandarizaron los datos (Tabla 5), ​​y luego se obtuvo la interpretación de la varianza total (Tabla 6) y la matriz de componentes (Tabla 7) por componente principal. análisis. Luego se calculó Fi (la puntuación de cada componente principal), finalmente se obtuvo F (la puntuación integral correspondiente) y luego se clasificó el desarrollo de grietas (Tabla 8).

Se puede ver en la Tabla 7 que se extrajeron dos componentes principales y que el valor de peso absoluto de cada índice en cada componente principal estuvo generalmente lejos de 0 o 1, lo que indica que estos seis índices de prueba fueron muy importantes para la evaluación integral del desarrollo de grietas. , y algunos índices no pudieron reflejar la situación general del desarrollo del crack.

La Tabla 8 muestra que el desarrollo de fisuras del grupo A es el mejor y el del grupo F es el peor. Se puede observar que los efectos inhibidores sobre el desarrollo de grietas de buenos a malos son F, C, E, D, B y A.

A través de la grieta, se extrajeron, analizaron y resumieron los parámetros característicos de cada caja modelo, como la relación de grieta, el ancho y la longitud de la grieta. Se obtienen las siguientes conclusiones.

El desarrollo de los índices de crack en cada grupo se divide básicamente en cuatro etapas con múltiples ciclos seco-húmedo: crecimiento rápido, reducción o elaboración estable, crecimiento lento y estabilidad.

Debido a las diferencias en los métodos de refuerzo, el número de ciclos seco-húmedo que entran en cada etapa de cada grupo es diferente, y los cambios de fluctuación de los índices de grietas en cada etapa también son significativamente diferentes. Las grietas del vetiver no plantado crecieron más rápido y fluctuaron mucho en la etapa de crecimiento lento. Sin embargo, el desarrollo de grietas en el vetiver plantado fue lento y fluctuó mucho en la etapa decreciente. Las grietas de mochilero de la geomalla eran en su mayoría grietas pequeñas y había pocas grietas obvias; había grietas más obvias sin geomalla o geomalla sin mochila, y las grietas en la plantación de vetiver + geomalla sin mochila eran más anchas y las grietas obvias eran las más. Con el aumento en el número de ciclos seco-húmedo, el índice de agrietamiento del pasto vetiver plantado + geomalla mochilero mostró un cambio favorecedor en cada etapa que los otros grupos.

En general, diferentes métodos de refuerzo conducen a diferencias en la inhibición del desarrollo de grietas de cada grupo, lo que tiene un impacto significativo en el efecto de inhibición del desarrollo de grietas del suelo expansivo. El análisis muestra que el efecto inhibidor sobre el desarrollo de grietas de bueno a malo es plantar Vetiver + geomalla con mochila, geomalla con mochila, plantar Vetiver + geomalla sin mochila, plantar Vetiver, geomalla sin mochila y suelo desnudo.

Los conjuntos de datos generados y analizados durante el estudio actual no están disponibles públicamente, pero están disponibles a través del autor correspondiente previa solicitud razonable.

Hussein, M., Cho, WJ Efecto de los montones de arena y silicocalcáreos sobre el comportamiento del suelo arcilloso expansivo. Adv. Civilización. Ing. https://doi.org/10.1155/2021/4927078 (2021).

Artículo de Google Scholar

Wang, SJ y cols. Estudio de la evolución de las fisuras de circulación seco-húmedo en suelos expansivos y sus curvas características suelo-agua. J. Geotecnología. Ing. 43(S1), 58–63 (2021).

Google Académico

Zheng, JL Investigación sobre el conjunto completo de tecnología de construcción de carreteras en áreas de suelo expansivas 12–27 (Universidad de Ciencia y Tecnología de Changsha, 2007).

Google Académico

Zhao, WJ Aplicación de tecnología de soporte flexible en el tratamiento de pendientes de suelo expansivas. Construcción Des. Ing. https://doi.org/10.13616/j.cnki.gcjsysj.2017.11.019 (2017).

Artículo de Google Scholar

Zhang, R., Long, MX, Lan, T., Zheng, JL, Geoff, C. Método de análisis de estabilidad de taludes de suelo expansivo reforzado con geomallas y su aplicación en ingeniería. J. Cent. Universidad S. https://doi.org/10.1007/s11771-020-4423-x (2020).

Artículo de Google Scholar

Zhang, R., Long, MX, Zheng, JL & Guo, YP Avances de la investigación y reflexión sobre la interacción entre geomalla y suelo expansivo. J. Chin. Proa alta. 40(T2), 13-20. https://doi.org/10.14048/j.issn.1671-2579.2020.S2.004 (2020).

Artículo de Google Scholar

Chen, GY, He, P., Wang, G., Sun, SQ y Xiao, J. Ley de destrucción de capas poco profundas de la pendiente expansiva del suelo bajo lluvia y la aplicación de refuerzo de geomalla. Geofluidos https://doi.org/10.1155/2021/6636894 (2021).

Artículo de Google Scholar

Al-Omari, RR Hamodi, FJ Geomalla resistente a la hinchazón: un nuevo enfoque para el tratamiento de suelos expansivos. Geotexto. Geomemb. https://doi.org/10.1016/0266-1144(91)90008-k (1991).

Artículo de Google Scholar

Wang, GY y cols. Estudio experimental sobre el efecto de la relación de refuerzo sobre las características de agrietamiento del suelo reforzado con paja de arroz. Hidrogeol. Ing. Geol. 44(05), 52–58+65 (2017).

CAS Google Académico

Mei, Estudio de simulación ZP sobre la inhibición de raíces de plantas en grietas de contracción seca de suelos expansivos (Universidad de Ciencia y Tecnología de Changsha, 2019).

Google Académico

Fu, JL Estudio experimental sobre las propiedades mecánicas del suelo expansivo reforzado con raíces de vetiver (Universidad de Ciencia y Tecnología de Changsha, 2018).

Google Académico

Wang, WJ Aplicación de geomalla y bolsa ecológica en la protección ecológica de taludes. Conservación de agua. Ciencia. Tecnología. Economía. 17(07), 97-104 (2011).

Google Académico

Yang, WH, Zhang, DW, Yan, X. & Mao, ZL Análisis numérico de la estabilidad de taludes reforzados mediante el método de mezcla de raíces profundas y superficiales. J. Universidad del Sureste. Nat. Ciencia. Ed. 50(01), 161–168 (2020).

Google Académico

Yang, ZB y cols. Introducción de un método de construcción de muro de contención ecológico con bolsillo de malla de aro de geomalla. J. Highw. Transp. Res. Desarrollo. Aplica. Tecnología. Ed. 13(11), 103-104 (2017).

Google Académico

Wei, YH y cols. Tecnología de restauración ecológica de deslizamientos de tierra expansivos en pendientes de suelo y su aplicación en la autopista Anjue en Hubei. J. Chin. Proa alta. 40(S2), 73–78. https://doi.org/10.14048/j.issn.1671-2579.2020.S2.016 (2020).

Artículo de Google Scholar

Ministerio de Recursos Hídricos de la República Popular China. GB/T 50123-2019. Norma para el método de ensayo geotécnico. 2019.

Tang, CS, Wang, DY, Shi, B. y Liu, C. Análisis cuantitativo de la red de fracturas por contracción seca del suelo. J. Geotecnología. Ing. 35(12), 2298–2305 (2013).

Google Académico

Li, W. Estudio sobre el método de descripción cuantitativa de las características de fractura de suelos expansivos compactados (Universidad de la Academia de Ciencias de China, 2013).

Google Académico

Hillel, D. Introducción a la física del suelo (Academic Press, 1982).

Google Académico

Descargar referencias

Escuela de Ingeniería Civil, Universidad de Ciencia y Tecnología de Changsha, Changsha, República Popular China

Liu Shu, Huang Yonggang y Wang Guiyao

Beijing Jianda Road and Bridge Consulting Co. Ltd. Sucursal de Diseño de China Central, Changsha, República Popular de China

Liu Shu

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Liu Shu.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado al autor(es) original(es) y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Shu, L., Yonggang, H. & Guiyao, W. Influencia del método de refuerzo en los parámetros característicos de las grietas del estudio experimental de suelos expansivos. Representante científico 13, 6433 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33107-0

Descargar cita

Recibido: 01 de agosto de 2022

Aceptado: 07 de abril de 2023

Publicado: 20 de abril de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33107-0

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.