第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
随着汽车工业发展日益蓬勃，全世界各国人均汽车保有数量急剧增多，因此各类汽车在使用过程中产生的废旧轮胎也日益增多。废旧轮胎是一种不熔或难熔的高分子耐烧材料，具有耐热性、抗生物性以及抗拉性。这种材料存在于自然环境中几乎不能被自然环境所降解，经过数百年的时间都不会自然消除。根据相关机构统计，世界各国废旧轮胎积存数量已达 50 亿条，且每年都有约 12 亿条废旧轮胎的新增数量。在美国，每年需要处理超过 2.5 亿条废旧轮胎，在加拿大，需要处理数量超过 0.8 亿条，在印度，需要处理数量超过 1 亿条。目前，中国已成为全世界最大的轮胎生产国，每年的轮胎产量超过 3 亿只，且每年轮胎报废的数量达到 2 亿只[1]。在全球各地城市中存在许多堆积如山的废旧轮胎堆积点如图 1-1 所示，这种堆积点一般都是露天堆积在自然环境中。这种处理方式所形成的堆积点极易滋生蚊虫和传播病菌，且占用了大量土地。一些缺乏环保意识的人直接将废旧轮胎在堆积点焚烧，如图 1-2 所示。这种方式会不仅对大气和环境造成严重污染而且严重威胁人类健康和安全，将废旧轮胎这种可回收材料燃烧也是对再生资源的一种浪费[2]。
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1.2 废旧轮胎的回收利用主要途径
伴随着 21 世纪汽车工业的飞速发展，各类汽车使用过程中产生的废旧轮胎数量也急速增加，废旧轮胎材料的回收利用问题已引起了世界各国的关注。在一些发达国家，国家制定了相关减税减免，政府补贴等法律措施来支持本国从事废旧轮胎回收利用的单位和企业。展望未来，废旧轮胎的回收利用行业将是新时代的多学科融合的技术产业。
1.2.1 废旧轮胎原形利用
废旧轮胎的原形利用主要集中在工程建设、减震防护和装饰绿化等方面。这其中废旧轮胎在工程建设方面应用的较为广泛。在道路市政工程管道施工中可以将整只废旧轮胎连续并排的铺设于市政管道下方作为防护层，这样可以避免市政管道受到施工的破坏和来自周围土体的压力作用。在水资源较丰富的桥梁基础和地下水水位较高的地基中将整只废旧轮胎连续埋置于构筑物周围用于防水和防潮保护并以此保护建筑物。在减震防护方面，主要应用在河流、湖泊和海岸的堤坝。废旧轮胎可用于保护斜坡，以防止水流侵蚀堤坝。在船的两侧、码头护岸和高速公路的拐角处，经常可以见到将整只废旧轮胎作为防撞击缓冲隔离物，以此来避免船舶靠岸时对船只本身和港口构筑物的撞击破坏，同时在高速公路拐弯处设置废旧轮胎可以减少车辆撞击带来的损坏并保护人员免受生命威胁。目前废旧轮胎作为一种新型的人工造礁方式在渔业养殖方面取得了一定的效果，渔业养殖户将废旧轮胎捆绑在一起后将其沉入养殖区域水底，废旧轮胎便会成为人工岛礁吸引大量鱼群繁殖觅食。
目前，废旧轮胎的原形利用已经在很多方面得到推广，不过这部分回收利用的废旧轮胎数量很少还不到每年产生的废旧轮胎总量的 1% [5]，所以废旧轮胎的原形利用并不能作为废旧轮胎的主流回收利用途径，科学家们还需研究更加有效、回收废旧轮胎数量大的办法来处理废旧轮胎。
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第 2 章 试验内容及试验方案
2.1 试验仪器设备及功能
2.1.1 动态三轴仪 DYNTTS 系统组成
试验采用英国生产的动三轴仪系统 DYNTTS，该系统由数据采集系统和外部控制系统两个系统组成，组成示例如图 2-1 所示。其中数据采集系统包括 DCS 信号接收器、轴力传感器、孔隙水压力传感器等，外部控制系统包括轴力控制器、压力室、围压控制器、反压控制器等。
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2.2 试验方案和破坏标准
2.2.1 试验方案
饱和橡胶混合砂试样动孔压测试采用应力控制的方式施加正弦荷载，正弦动荷载的应力幅值为 30kPa，频率为 1Hz，振次为 300 次，通过 GDSLAP 软件记录数据并从中选取动应力、动应变和动孔压等相关参数。当动孔压达到破坏标准或振次达到 300 次时停止实验，实验方案如表 2-1 所示。
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3.1 引言 ............................ 18
3.2 混合砂试样动孔隙水压力变化规律 .......................... 18
第 4 章 橡胶颗粒混合砂动应力-应变变化规律研究 ........................ 29
4.1 引言 .................................. 29
4.2 动应力-应变滞回曲线变化规律 ............................ 29
第 5 章 交通荷载下混合砂累积应变规律研究 .................................. 42
5.1 引言 ................................... 42
5.2 交通荷载特性及设计参数 ............................ 42
第 5 章 交通荷载下橡胶颗粒混合砂累积应变规律研究
5.1 引言
第三章和第四章研究了砂土在掺入橡胶颗粒后在地震循环荷载作用下的抗液化性能、动弹性模量和阻尼比的变化规律。由试验结果可知橡胶混合砂在地震循环荷载作用下有很好的改良效果。且在橡胶颗粒的掺入量和粒径的研究中，发现砂土试样在大掺量橡胶颗粒下结构受力特性将发生改变，橡胶颗粒替代砂土颗粒作为主要受力骨架，所以这并不符合实际的应用要求。本章将研究橡胶混合砂试样在交通荷载下的轴向累积应变变化规律。道路上行驶的车辆是一个复杂的随机动态载荷过程，对于道路上的某个点，这是一个先加载再卸载循环往复的过程。该过程可以类似地视为正弦波模型。在使用GDS 动三轴仪进行动三轴试验时，使用正弦函数波形作为荷载，来模拟交通荷载作用下的动应力条件。
交通荷载是各类移动车辆作用在道路路面上的荷载的总称。车辆在道路上行驶时，它与路面是一个相互作用的整体。车辆的自重会对路面产生静荷载作用，车辆在行驶状态下，其所具有的速度会引起路面的动力响应作用。在路面和路基的研究中，通常将交通荷载视为作用于路面的 静态荷载。然而，作用在道路上的交通负荷的实际情况不仅是路面上的车辆静荷载，还有实际交通荷载引起的路基动力响应。实际上，车辆交通荷载与道路之间的作用是一个非常复杂的交互过程。道路路面的不平整状态和较快的车速会增加汽车本身的振动。汽车振动增强后，汽车的荷载会反过来作用在路面上。汽车荷载与静态负载相比将会对道路产生附加的动应力作用。附加的动态应力是加剧路面材料损坏并增加路面变形的原因，而附加的动态应力对道路造成的损害是一个恶性循环，严重影响了驾驶舒适性和道路安全性。
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结论与展望
结论
将废旧轮胎粉碎成颗粒，应用于土木工程建设行业已成为废旧轮胎处理的主要途径之一。橡胶颗粒具有良好的弹性、渗透性、耐腐蚀等属性，将橡胶颗粒与砂土混合应用于路基是不仅可以提高路基的抗液化能力并能减少路基在交通荷载的不均匀沉降。
本文以橡胶颗粒混合砂为研究对象，通过开展室内动三轴试验研究循环荷载作用下橡胶颗粒混合砂的抗液化能力和累积塑性应变变化规律。探讨了橡胶掺量、粒径、围压和固结应力比等对橡胶砂试样抗液化性能的影响，并验证了适用于该饱和橡胶砂土的孔压增长模型。研究了长期循环荷载作用下橡胶砂试样累积轴向变形发展规律。本文主要得出结论如下：
（1）循环荷载作用下各组试样的动孔压增长规律呈三个阶段，分别为初期快速增长阶段、中期匀速增长阶段、后期稳定阶段。纯砂在加入橡胶颗粒后抗液化能力显著增强，当橡胶且掺入大粒径橡胶颗粒的试样抗液化性能得到极大的增强。大颗粒橡胶级配较差，掺入纯砂后增大了颗粒间孔隙，使得试样的渗透系数增大，所以试样在循环荷载作用下动孔压系数增长缓慢，液化现象很难产生。当将小粒径橡胶颗粒掺入砂土可视为将粉土掺入砂粒中，这样一来砂粒间的孔隙会被粉土填充，即试样的渗透系数减小孔隙水压力不易消散所以试样抗液化性能较弱。
（2）相同围压和动应力作用下，橡胶砂试样的动弹性模量均小于纯砂试样，橡胶颗粒掺入砂土后可以减小土体剪切刚度，发挥抗震减震优势。相同围压和动应力作用下，橡胶砂试样的阻尼比均大于纯砂试样，当试样掺入橡胶颗粒后，橡胶颗粒因其具有高弹性会产生吸能效应，使得土体在循环荷载作用下滞后性增强，所以使得橡胶砂试样的阻尼比大于纯砂试样。
参考文献（略）