矿粉气泡混合轻质土的影响因素及工程性能试验研究

西南山区低等级公路改扩建工程因地质条件复杂、可利用土地资源少、施工工艺与生态环保要求高等问题,亟需绿色环保、经济合理的公路升级改造方案。通过对气泡混合轻质土组成、作用机理进行介绍,探讨气泡混合轻质土影响因素与规律,对试配出5种矿粉掺量的气泡混合轻质土进行抗压强度、干缩变形试验,并结合实际应用效果进行了评价。结果表明：水泥水化与矿粉二次反应能促进气泡混合轻质土硬度增大,界面耦合效应提高界面强度和密实性;硅酸盐水泥的效果最好,发泡剂掺量对流动度与抗压强度产生影响,掺合料影响干缩与抗压强度,不同掺量外加剂对其干密度、抗压强度和吸水率生影响不同,骨料能够调节内部湿度,影响干缩变形;矿粉掺比低于30%的抗压强度、干缩性好,能满足路基填料强度设计要求。     

棉秆纤维EPS颗粒轻量土配合比设计

为满足湿陷性黄土地区海绵城市道路建设需求,研制了一种具有轻质、高强并兼具一定渗透性的棉秆纤维EPS颗粒轻量土作为路基换填材料。该轻量土由棉秆纤维、聚苯乙烯(EPS)颗粒、水泥、黄土和水混合而成。通过室内试验对不同棉秆纤维掺量及长度、不同EPS颗粒掺量及粒径、不同水泥掺量轻量土的密度、强度、变形和渗透性进行研究,进而设计棉秆纤维EPS颗粒轻量土配合比。结果表明:轻量土各成分中,EPS掺量和水泥掺量对轻量土密度的影响最大;水泥掺量与轻量土强度之间为正相关关系,与渗透系数之间为负相关关系;EPS掺量和粒径与轻量土强度之间为负相关关系,与渗透系数之间为正相关关系;棉秆纤维的加入改善了轻量土的塑性性能,并使轻量土的渗透性有一定程度的提高。各因素对轻量土强度影响的大小顺序为:水泥掺量>EPS掺量和粒径>棉秆纤维掺量和长度。满足湿陷性黄土地区海绵城市道路建设需求的棉秆纤维EPS颗粒轻量土最优配合比为:黄土∶棉秆纤维(长度9 mm)∶EPS颗粒(粒径0.5～1.0 mm)∶水泥∶水=1 000∶4∶18∶35∶400。     

淤泥轻量土抗剪特性及其细观结构变形研究

为了深入探究淤泥轻量土的抗剪特性及其细观结构变形机理,采用室内单轴压缩试验、三轴剪切试验与ABAQUS有限元数值模拟相结合的方法,通过对比细观模拟监测结果与试验成果,系统分析了不同水泥掺量、围压、EPS掺量及其粒径对淤泥轻量土的抗剪强度特性及细观变形的影响。结果表明:①EPS颗粒掺量对淤泥轻量土的破坏应变及其屈服强度峰值有显著影响。②高水泥掺量对其强度特性及结构变形有重大影响,但其破坏应变受其影响不大,试验结果中破坏应变最大仅相差0.5%。③EPS颗粒定点位监测的数值模拟结果表明,在相同条件下,三个点位的EPS颗粒变形及其应力应变关系并不相同,上点位应变值最大,下点位比上点位的应变值平均小约1.5%。另外在一定的压力范围内,试样破坏之前EPS颗粒在土体内发生的位移并不明显,与试样土体的位移仅差0.15 mm,变化速率与室内试验结果一致。     

废旧轮胎颗粒水泥混合土土工特性研究

砂土或黏土中加入废旧轮胎颗粒和水泥,可对土体进行改良,增加稳定性,提高强度和耐久性,同时可降低造价等,如用作路基或挡墙填料,或用作海岸涂层材料等,具有广阔的应用前景。对添加轮胎颗粒后的混合土进行了系列试验研究,以探讨混合土的土工力学特性。结果表明:养护龄期、轮胎颗粒和水泥含量对混合土无侧限抗压强度有较大影响,随轮胎颗粒含量减小,混合土渗透系数随之减小,CBR值(加州承载比)相应增加,剪切模量随之增加。试验表明,混合土用作改性土工材料其力学性能优良。     

宽级配粗粒土压缩变形特性试验研究

堆石坝工后沉降变形是影响坝体安全运行的关键。为研究筑坝粗粒土不同骨架结构的受力特 性,以及填筑因素对其压缩变形特性的影响,选取筑坝粗粒料设计不同粗粒含量 Ｐ5、密度 ρ与含水率 ω, 开展了 16组侧限压缩试验。研究结果表明:相同初始孔隙比、不同粗粒含量土体骨架结构的疏密程度 不同,随粗粒含量 Ｐ5增大,粗粒土压缩后孔隙比变化 Δｅ呈先增大后减小的趋势,且粗粒含量 60％的土 体压缩后孔隙率最小,干密度最大。压缩后,依据粗颗粒相互排列与接触的关系,可将粗粒土骨架结构 分为粗粒悬浮、粗粒咬合与粗粒架空三种类型。通过极差分析,土体的密度 ρ对其压缩变形影响最大, 其次是粗粒含量 Ｐ5,含水率 ω的影响最小。     

某特高土石坝防渗砾石土料P5含量对其工程特性的影响试验研究

针对某300 m级特高土石坝防渗砾石土料，配制了不同P₅含量的试验料，对P₅含量对土料击实特性、强度特性、变形特性和渗透特性的影响开展了试验研究。确定了该工程防渗砾石土料的第一、第二含砾量特征值分别为37%和60%。最大干密度、最优含水率分别随着P₅含量的增加而逐渐增加、降低，但当P₅含量在60%～75%之间时，最大干密度出现持平，直至P₅含量增加到80%后才出现降低，最大干密度出现持平段的原因可能与颗粒破碎有关。随着P₅含量增加，土料的压缩模量、抗剪强度参数、变形参数、渗透系数逐渐增加，渗透特征坡降逐渐降低，土料渗透变形破坏模式发生改变。     

黏-砂混合土压缩特性与微观结构特征关系研究

黏-砂混合土在吹填土地基中广泛应用,混合土地基变形与微观结构息息相关。为探讨黏-砂混合土压缩变形的微观机制,以黏土与砂不同配比的混合土为研究对象,利用压缩、扫描电镜(SEM)试验和图像处理技术(IPP)对固结前后试样的颗粒排列、孔隙分布进行定性和定量分析,从微观层面探讨了混合土微观结构随固结压力变化的演变机制。结果表明:随着含砂量的增大,混合土孔隙比呈先减小后增大的趋势,压缩系数不断减小;大、中孔隙随着含砂量增大明显增多,颗粒间接触方式从以边-面、面-面接触为主向点-点、点-面接触过渡;固结作用提高了颗粒排列的密实性和有序性,孔径分布向小孔径范围移动,大孔隙面积占比最大降幅达31.39%,中孔隙面积显著增加,对微、小孔隙影响不明显;土体颗粒的定向概率熵与和含砂量呈正线性相关,与压缩系数a_1-2呈负线性相关,含砂量越大,混合土颗粒排列越混乱,定向概率熵越大,其压缩性越低。由此可见,固结压力和配比不同引起的颗粒、孔隙微观结构参数变化是导致混合土压缩特性差异的内在原因。     

粗细粒混合土力学特性研究

为对比分析不同细粒含量(小于0.075 mm)下粗细粒混合土的力学特性,文章进行了3组不同细粒含量的粗细粒混合土的固结排水三轴压缩试验,并分析了细粒含量对混合土的应力-应变和变形的影响。试验发现:相同围压下,对于混合土中细粒含量较高的土样具有更低的应力水平;低围压下,随着偏应力的增加土样的体积开始收缩,且细粒含量越高,收缩越慢。     

负温条件下EPS轻质土强度特性试验研究

本文通过三轴试验研究了在不同颗粒掺量(1%、2%、3%)和不同温度条件(20℃、0℃、-10℃、-20℃)下EPS轻质土的强度特性。结果表明,不同掺量的EPS轻质土在不同温度环境下其应力应变关系具有非线性、多阶段性以及软化性和硬化性的特征。土体强度与温度、EPS颗粒掺量及围压有关,黏聚力和内摩擦角均随EPS颗粒掺量的增加而减少,随温度的降低而增大。     

磷尾矿最佳掺量下 EPS 和聚丙烯 纤维改良膨胀土试验

以南水北调中线工程南阳膨胀土为研究对象,在保持含水率20%和干密度1.7g/cm~3不变的条件下,基于磷尾矿最佳掺量为7.5%,分别将EPS颗粒、聚丙烯纤维按不同比例掺入膨胀土中进行无荷膨胀率、无侧限抗压强度和三轴CU试验。试验结果表明:EPS颗粒能有效抑制膨胀土的膨胀性,但会降低膨胀土的强度和延性,当掺量不为0%时,复合改良土应力应变曲线均随围压的增加,由应变软化型向应变硬化型过渡,15%为最佳掺量。进一步分析发现黏聚力和内摩擦角与掺量均呈线性负相关,并得到与掺量有关的抗剪强度公式。聚丙烯纤维对复合改良土抗压强度峰值影响较小,但能提高其延性和残余强度,使土体由脆性破坏转变为塑性破坏。最终得到磷尾矿、EPS颗粒和聚丙烯纤维最佳掺量分别为7.5%、15%、0.4%。     

纤维素纤维和石灰粉对上海黏土抗压强度的影响

为改良上海黏土强度低、易变形的特性,将纤维素纤维和石灰粉以不同的质量加筋率加入到上海黏土中并在不同养护龄期下养护,然后对试样进行无侧限抗压强度试验,来探究纤维素纤维和石灰粉对上海黏土抗压强度的影响。试验结果表明:石灰粉能够有效的提高上海黏土的抗压强度,同时也提高了土体的脆性;纤维素纤维对提高黏土抗压强度效果不明显,但提高了土体的延性;同时掺加纤维素纤维石灰粉时,土的抗压强度显著提高,土的脆性降低,延性增加;抗压强度最适宜的加筋率为0.8%纤维素纤维和10%石灰粉。     

建筑垃圾碎末和石灰粉对上海黏土抗压强度的影响

上海地区黏土普遍具有强度低、易变形的特点,为了改良这种特性,将建筑垃圾碎末和石灰粉以不同的质量加筋率加入到上海黏土中,并在不同的养护龄期下对各试样进行无侧限抗压试验,对试验结果进行分析和讨论,研究建筑垃圾碎末和石灰粉对上海黏土抗压强度的影响。研究结果表明:建筑垃圾碎末对土的抗压强度影响不明显,但能有效地提高土体的延性;石灰粉能够有效地提高土体的抗压强度,但土体的脆性增加明显;在同时添加建筑垃圾碎末和石灰粉的情况下,土体的抗压强度和延性均有明显提高。其中,当加筋率为4%石灰粉和20%建筑垃圾碎末时,土体的抗压强度提高达到最适宜值。     

麦秸秆加筋土的轻型击实试验与击实土的抗压性能

以防腐处理后的麦秸秆加筋盐渍土,解决土的盐胀、溶陷和吸湿软化所引起的低强度和大变形问题。盐渍土、麦秸秆加筋盐渍土的轻型击实试验和击实加筋土的抗压强度试验结果表明：①随加筋长度和加筋率的增加,最优含水率变化较小,最大干密度有所降低;②加筋麦秸秆使土的抗压强度和抗变形能力提高, 30 mm和0.25%为直径102 mm试样的适宜加筋长度和加筋率;③与盐渍土一样,低于最优含水率,加筋土的应力应变曲线显示为应变软化;高于最优含水率,表现为应变硬化;④应变较小时,应力应变曲线相互靠近;随应变的增加,曲线的间距逐渐增大。这表明,只有在发生较大应变时,加筋作用才能发挥出来。麦秸秆加筋盐渍土的轻型击实性能较好;加筋麦秸秆提高了盐渍土的抗压强度和抗变形能力。     

外掺剂对冻融循环水泥土强度影响的试验研究

水泥土的缺点是抗冻性差，如何将其应用于季节性冻土区和多年冻土区一直是工程实践面临的一个重大课题。无侧限抗压强度是水泥土最基本、最重要的力学指标，通过室内试验，选择当地几种廉价的建筑材料与工业废料作为外掺剂，通过单掺和复掺试验，分析了这几种外掺剂对水泥土冻融循环前后无侧限抗压强度的影响及其促进作用。冻融循环试验结果表明：水泥土通过添加适量的外掺剂，能够达到提高水泥土强度和抗冻耐久性能的双重作用，并配制了一种以水泥土为主剂的性价比较高的复合水泥土，为外掺剂在寒区水泥土中的应用和工程设计提供理论和试验数据。     

黏粒含量对花岗岩残积土渗透与强度特性的影响

花岗岩残积土由于强度较高,常常用于高速公路路基的填方,但花岗岩残积土具有较强的渗透性,抗冲刷能力较差,在多雨季节施工,雨水冲刷会对填方质量产生较大的影响。通过对不同红黏土掺量的花岗岩残积土进行渗透试验和无侧限抗压强度试验,研究红黏土掺量对花岗岩残积土的渗透系数和无侧限抗压强度的影响趋势;在室内试验的基础上选取具体工程进行填方对比试验。研究结果认为:花岗岩残积土的渗透系数随着红黏土掺量的增加而减小;无侧限抗压强度随着红黏土掺量的增加而增大;花岗岩残积土中红黏土的最优掺量是40%,具体工程中采取2车花岗岩残积土加1车红黏土的“3+2”混合填料法能达到较好的填方效果。研究结果为花岗岩残积土地区工程建设的基础材料填筑与加固提供参考。     

基于响应曲面法优化二灰滨海盐渍土的配合比设计

为了确定固化盐渍土的最优改良方案,应用响应曲面法优化了石灰与粉煤灰复合改良盐渍土的室内试验方案。通过室内试验,测试了改良后盐渍土的无侧限抗压强度值,应用Design-Expert8.0软件分别选取含盐量X_1、石灰掺量X_2、粉煤灰掺量X_3为试验因素,利用Box-Behnken响应曲面法进行试验设计,分析了含盐量、石灰和粉煤灰掺量对固化盐渍土无侧限抗压强度的影响,并确定了盐渍土的合理改良方案。结果表明,二灰固化盐渍土最优配比:含盐量X_1为3%,石灰掺量X_2为12%,粉煤灰掺量X_3为24%时,固化土的无侧限抗压强度指标达到最大,该模型预测值为0.784MPa,与实测值仅相差0.014 MPa。响应曲面法可以用于各类固化盐渍土改良方案的比选和研究,对滨海盐渍土的其他固化方法具有一定的参考价值。     

含水率对麦秸秆加筋土强度影响的试验研究

通过直剪与无侧限抗压强度试验,研究了含水率对麦秸秆加筋土抗剪强度指标与无侧限抗压强度的影响。研究结果表明:一定的含水量是麦秸秆发挥加筋性能的必要条件。随着含水率的增加,麦秸秆加筋土的粘聚力呈现先增大后减小的趋势,以最佳含水率时粘聚力最大;然而,加筋土的内摩擦角却随含水率的增加而逐渐减小。在合适的含水率条件下,麦秸秆加筋土的最佳质量加筋率在0.1%至0.3%间。     

石灰改性膨胀土强度的室内试验研究

研究了不同含水率、石灰掺量、干密度、龄期对改性中膨胀土承载力(CBR)值和无侧限抗压强度值的影响。结果表明:不同条件对CBR值和无侧限抗压强度值的影响基本相同;CBR值和无侧限抗压强度值随着石灰掺量、干密度、龄期的增加而增加;最佳石灰掺量为6%;最佳龄期控制在14 d;现场干密度控制在最大干密度;压实含水率按高于最优含水率的2%~3%来控制。     

硫酸盐含量对全固废材料固化盐渍土抗压强度的影响

为探讨硫酸盐含量对全固废材料固化盐渍土抗压强度及微观结构的影响,采用击实试验和无侧限抗压强度试验,并结合扫描电镜、EDS、X射线衍射和热重分析等微观测试结果,从固化盐渍土的火山灰反应产物及其数量等角度分析含盐量对固化盐渍土抗压强度变化的影响。结果表明:硫酸盐含量低于2.7%时,固化盐渍土抗压强度随含盐量的增加呈先增大后减小,抗压强度峰值对应的含盐量为1.8%;固化盐渍土的火山灰反应产物主要为C-S-H和AFt,硫酸盐含量从0.3%增至1.8%时,反应产物明显增多,致使固化土抗压强度增大;但当硫酸盐含量从1.8%增至2.7%时,膨胀性AFt将试件内部孔隙完全填充并产生胀裂破坏,造成抗压强度降低。研究成果为全固废材料固化硫酸盐渍土的工程应用奠定了基础,对环境保护也有积极贡献。     

石灰改良膨胀土的水稳定性研究

为研究石灰改良膨胀土的水稳定性,以某边坡弱膨胀土及石灰改良膨胀土为研究对象,进行了击实试验、无侧限抗压强度试验和压缩模量试验,并引用其他学者的相关土水特征曲线(SWCC)试验结果,分析了石灰改良膨胀土的水稳定特性。结果显示石灰改良膨胀土的可击实范围比素土宽,且最优含水率和最大干密度随掺灰率的增大分别线性增大和线性减小;石灰改良膨胀土经过1 d的吸湿后,无侧限抗压强度与压缩模量降低幅度最大,之后随着吸湿天数的增加,无侧限抗压强度和压缩模量降低的幅度逐渐减小,最终趋于稳定;经过1次干湿循环后,无侧限抗压强度降低幅度最大,之后随着干湿循环次数的增加,无侧限抗压强度降低幅度逐渐减小。试验后的石灰改良膨胀土强度及模量的衰减程度较素土有了较大幅度的降低,表明石灰改良土的水稳定性有了较大的改善。此外,SWCC的研究表明石灰改良膨胀土的水稳定性得到了较大幅度的提高。