水泥土抗剪强度试验研究

水泥土是在土中掺入水泥来改善土的力学性能的一种新型材料．利用静三轴UU试验,模拟水泥土在工程中的应力状态,测得水泥土在不同水泥掺入比和龄期下的粘聚力、内摩擦角、抗剪强度．对水泥土的抗剪强度进行系统的研究和探讨,结果表明,水泥土的抗剪强度随水泥掺入比增长而增大;而当掺入比达到33％后,水泥土抗剪强度增长趋于缓慢．此外,水泥土的后期强度较大,龄期为90d的水泥土抗剪强度比28d时增长26％～38％．     

玻璃纤维水泥土无侧限抗压强度特性研究

鉴于纤维的韧性和水泥的强度特性,将分散的纤维和水泥均匀掺入土体中形成纤维水泥土.通过一系列无侧限抗压强度试验,主要研究纤维掺量、水泥掺量和龄期对纤维水泥土无侧限抗压强度特性的影响.试验结果表明:纤维能有效提高素黏土和水泥土的无侧限抗压强度和韧性,当纤维掺量为0.6%时,两者的无侧限抗压强度达到峰值,然后随纤维掺量的增加而降低;纤维水泥土的无侧限抗压强度随养护龄期的增加而提高,28d达到峰值并趋于稳定;在纤维最佳掺量0.6%和水泥掺量8%条件下,纤维水泥土的无侧限抗压强度可提高到素黏土的13倍.     

一种新型水泥固化土的试验研究

通过三轴试验、直剪试验和压缩试验,对一种掺有添加剂的新型水泥固化土进行了研究. 在100、200、300 kPa的围压下,对3种不同配方的水泥土试样：普通配方(水泥掺入量15%)、新配方(水泥掺入量11%,添加剂掺入量0.15%)和增强配方(水泥掺入量15%,添加剂掺入量0.15%)进行三轴固结不排水剪切试验,结果表明,添加剂能显著提高水泥土的强度,围压增大对普通配方水泥土强度的影响不显著,而新配方和增强配方水泥土的强度分别提高了20%和26%,新配方水泥土的峰值强度比普通配方高40％,增强配方水泥土的峰值强度又比新配方高60％;３种配方的水泥土和水泥土-土复合试样直剪试验结果表明,添加剂能显著提高水泥土的抗剪强度,且抗剪强度与垂直压力成正比,3种配方水泥土的抗剪强度-垂直压力曲线基本平行.压缩试验结果表明,添加剂对水泥土压缩性的影响不显著.根据三轴试验结果,建立了掺入复合添加剂的新型水泥固化土的本构模型,该模型摆脱了传统流动法则的束缚,经试验验证更加符合水泥土的实际情况,模型还表明主应力对塑性变形有较大的影响.     

黏土–水泥土接触面剪切特性试验研究

黏土–水泥土接触面的剪切特性及土体运移规律是研究水泥土桩、墙等结构物承载和变形机理的关键。对黏土与不同粗糙度水泥土接触面的力学特性进行直剪试验研究,探讨黏土–水泥土接触面抗剪强度、破坏规律及变形特性。结果表明:黏土–水泥土接触面的剪切破坏强度服从摩尔–库伦强度准则,接触面摩擦角随粗糙度的增加而增大,但增长速率逐渐减缓,而接触面黏聚力与黏土黏聚力大小相当;黏土–水泥土接触面的法向应变–剪切位移曲线整体表现为剪缩型,且剪缩量随法向应力和粗糙度的增加而增大。归一化的接触面强度有效系数Es随粗糙度的增加而增大,且当粗糙度R超过1.0 mm后,Es大于1.0,说明由于"被动阻力"的存在使得黏土–水泥土接触面的抗剪强度得到提升,从而出现大于黏土自身抗剪强度的情况。不同法向应力下,各接触面的剪应力–剪切位移关系曲线均服从指数分布,据此建立了描述接触面粗糙度、剪应力、剪切位移、法向应力、摩擦角和黏聚力关系的复合指数模型,该模型对接触面剪应力–剪切位移关系曲线具有良好的拟合效果。此外,随剪切过程的持续进行,剪切破坏区逐步由剪切前方扩展至剪切后方。研究结果对揭示黏土–水泥土接触面的力学特性及水泥土桩、墙等的设计具有参考和指导意义。     

黏土-水泥土接触面剪切特性试验研究

掌握黏土–水泥土接触面的剪切特性及土体运移规律是研究水泥土桩、墙等结构物承载和变形机理的关键。本文基于系列直剪试验研究黏土与不同粗糙度水泥土接触面的力学特性,以探究黏土–水泥土接触面抗剪强度、破坏规律及变形特性。结果表明：黏土–水泥土接触面的剪切破坏强度服从摩尔–库伦强度准则,接触面摩擦角随粗糙度的增加而增大,但增长速率逐渐减缓,而接触面粘聚力与黏土粘聚力大小相当;黏土–水泥土接触面的法向应变与剪切位移曲线整体表现为剪缩型,且剪缩量随法向应力和粗糙度的增加而增大。归一化的接触面强度有效系数Es随粗糙度的增加而增大,且当粗糙度R超过1.0 mm后,Es大于1.0,说明由于“被动阻力”的存在使得黏土–水泥土接触面的抗剪强度得到提升,从而出现大于黏土自身抗剪强度的情况。不同法向应力作用下,各接触面剪应力–剪切位移关系曲线均服从指数分布,据此建立了描述接触面粗糙度、剪应力、剪切位移、法向应力、摩擦角和粘聚力关系的复合指数模型,该模型对接触面剪应力–剪切位移关系曲线具有良好的拟合效果。此外,随着剪切过程的持续进行,剪切破坏区逐步由剪切前方扩展至剪切后方。研究结果对揭示黏土–水泥土接触面的力学特性及水泥土桩、墙等的设计具有参考和指导意义。     

水泥土冻结温度及热物理参数试验研究

通过室内试验对冻结水泥土热物理参数进行了系列试验研究。结果表明:冻结水泥土随水泥掺入比的增加,冻结温度呈线性关系降低,且相同水泥掺入比情况下,粘土冻结温度比砂土的要低。两种水泥土在常温下导热系数和容积热容量随水泥掺入比的增大而减小,导温系数随水泥掺入比的增大而增大;在-10℃条件下导热系数、容积热容量和导温系数随水泥掺入比的增大而减小,但变化不明显。可为类似工程冻结设计提供冻结计算参数。     

Ca(OH)2对低掺量水泥土的强度影响

用低掺量水泥加固3种不同的土进行室内试验研究,测试了不同Ca(OH)2掺量及不同龄期下3种水泥土的无侧限抗压强度。分析了随Ca(OH)2掺量的增加,不同龄期的3种水泥土无侧限抗压强度变化规律及原因。试验结果表明:水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显,粉质粘土次之,砂土最弱。分析原因是由于土体的细度对水泥土强度影响较大。土体越细,土体中粘土矿物越多,Ca(OH)2掺量的增加促进了更多的离子交换作用和火山灰作用的发生,从而提高了水泥土强度。试验所用的3种土中红粘土最细,所以水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显。     

水泥土冻胀特性试验研究

为了从理论上揭示水泥土抑制冻胀的规律,对掺入不同比例水泥的南京地区典型黏土和砂土进行了冻胀试验研究.试验结果表明:黏土质水泥土和砂土质水泥土的冻胀率均随水泥含量增大而减小,随含水率增大呈线性增大,随龄期增大呈指数减小,随温度升高而呈线性增大,随荷载增大呈指数规律减小;且冻胀率与水泥掺入比变化规律均存在一个最佳掺入比,最佳掺入比对应土体较小的冻胀率,南京地区的典型黏土和砂土的最佳掺入比分别为10%、5%.综合分析可得:冻结法施工时,在土体中预先注一定量的水泥浆并将放置一段时间后再冻结,可减小由于冻胀对工程和环境造成的影响.     

不同含水率下高低液塑限红黏土抗剪强度特性研究

红黏土的含水率对其抗剪强度特性有着重要影响。通过不同含水率条件下高、低液塑限红黏土的抗剪强度试验发现,在同一法向压力下高液塑限红黏土的抗剪强度和黏聚力值远大于低液塑限红黏土的抗剪强度和黏聚力值,高液塑限红黏土的内摩擦角值略大于低液塑限红黏土的内摩擦角值;高、低液塑限红黏土的内摩擦角值随含水率的增大先小幅波动,当含水率达到塑限含水率附近时内摩擦角值迅速减小直至稳定;高液塑限红黏土的黏聚力值随含水率的变化呈先增大后减小的趋势,低液塑限红黏土的黏聚力值随含水率的变化呈双峰变化现象,且在塑限含水率附近出现最小值。通过对变化机理的分析认为,在含水率变化的过程中,水分子与红黏土颗粒之间的相互作用对抗剪强度有很大的影响。     

高液限土和红黏土的水敏感性研究

以分布在广梧高速公路沿线的高液限土和红黏土为试样,通过常规直接剪切试验,测定不同含水状态下高液限土和红黏土的抗剪强度,对比分析含水率对两者抗剪强度的影响.结果表明,高液限土和红黏土的抗剪强度均与初始含水率有明显的相关关系,初始含水率越大,抗剪强度越小;随着含水率的增大,高液限土黏聚力与含水率成指数函数关系形式减小,其内摩擦角则先小幅减小,后急剧减小;随着含水率的增大,红黏土粘聚力变化具有显著的分段性,在某一含水率区段内下降较明显,当含水率接近饱和含水率时,则趋于稳定;红黏土的内摩擦角随着含水率的增加先保持稳定,后急剧减小;土颗粒间胶结物质的不同是导致高液限土和红黏土水敏感性不同的主要原因.     

上覆荷载作用下红黏土抗剪强度变化规律研究

为了探究红黏土地区道路等地基工程建设中出现裂缝的原因,通过直剪试验对更加符合工程实际情况的上覆荷载作用下的红黏土抗剪强度变化规律进行研究.结果表明:无论有无上覆荷载,红黏土黏聚力、内摩擦角均随含水率的增大逐渐减小,随压实度的增加而逐渐增大,随干湿循环次数的增加逐渐减小;黏聚力受含水率、压实度影响的程度大于内摩擦角;同一条件下,上覆荷载作用下的红黏土黏聚力C、内摩擦角φ均大于无上覆荷载作用下的,且上覆荷载作用下的抗剪强度受含水率、压实度、干湿循环次数的变化幅度小于无上覆荷载作用下的.研究成果可为红黏土地区的道路等地基工程建设提供更加可靠的技术支撑.     

污水环境对水泥土力学性能的影响试验研究

由于多数地下水泥土工程直接与地下腐蚀性介质环境接触,必将导致水泥土材料的逐步劣化甚至失效破坏。以某市区工地附近明渠排放的污水作为侵蚀性介质,制作了不同水泥掺量的水泥土试件,通过对比试验,研究了污水环境和清水环境下不同水泥掺量、不同龄期的水泥土抗压强度和抗剪强度。结果表明,在污水或清水环境下,相同水泥掺量水泥土30 d龄期的抗压强度几乎相等,随着龄期的增加其抗压强度均逐步增大,但污水环境下其抗压强度增长的幅度明显小于清水环境,90 d后清水环境的水泥土抗压强度不再增长,而污水环境的抗压强度开始降低;污水环境和清水环境下的水泥土内摩擦角和黏聚力随龄期、水泥掺量的增加均逐步增大,污水环境下龄期90 d后的内摩擦角和黏聚力均开始降低。     

稻壳灰固化红黏土的路用性能及微观机理

为响应建设节约的发展思路，向红黏土中掺入稻壳灰，并通过一系列实验探讨稻壳灰对红黏土力学性能的影响，分析稻壳灰对红黏土的微观作用机理。试验结果表明，掺入稻壳灰后红黏土液塑限变化较小；其最优含水率与渗透系数随稻壳灰掺量的增加而增高，最大干密度降低；掺入稻壳灰的红黏土抗压强度随掺量的增加呈先增后减的趋势，当稻壳灰掺入量为15%，养护时间为28 d时达到最大值。电镜扫描试验发现：稻壳灰表面覆盖大量的胶凝物质，红黏土结构密实性相应提升。用稻壳灰改良红黏土能节约路基的建设成本，同时也有利于保护环境，实现资源的可持续利用。     

石墨烯改性粘土的剪切强度特性研究

为了研究石墨烯改性粘土的强度特性,将石墨烯均匀地掺入土中,在控制干密度条件下,进行直剪试验,并用扫描电镜(SEM)对样品的剪切面结构进行了观察。将石墨烯按干土质量百分比分别为0%、1%、2%、3%和4%的掺量分别掺入到含水率为14%、16%、18%的素土中进行试验,结果表明,石墨烯能有效提高粘土的破坏强度,且在本试验中未发现最佳掺量。粘聚力随着掺量的增加而增大,随含水率的增长而减小,但内摩擦角基本不变。借助SEM从微观上对石墨烯改性作用机理进行分析,石墨烯的掺入可以填充土中孔隙,提升土颗粒间的摩擦力,从而增强土体的抗剪强度。     

多因素影响的免像控倾斜模型质量分析

游离氧化铁对红黏土力学特性存在显著影响, 为分析其影响机理, 采用柠檬酸钠、碳酸氢钠和连二亚硫酸钠的混合溶液(DCB 法)去除红黏土中游离氧化铁, 以去除和未去除游离氧化铁红黏土为研究对象, 通过室内试验研究了两种试样的土水特征曲线、不同含水率条件下的抗剪强度和失水收缩特性。结果表明: 吸力在较高范围内, 同一含水率时去铁红黏土的基质吸力和总吸力整体高于未去铁红黏土的基质吸力和总吸力; 红黏土无论在去游离氧化铁还是未去游离氧化铁时其试样的渗透吸力都很小, 几乎可以忽略; 基质吸力的影响导致红黏土抗剪强度随含水率增大而降低, 去铁过程减小土颗粒胶结效应引起红黏土抗剪强度 明显下降, 主要表现为有效黏聚力的下降。去铁后红黏土收缩率明显高于未去铁红黏土, 主要归结于游离氧化铁胶结土颗粒作用抑制其收缩。     

纤维对水泥土加固效果影响的试验研究

将短切玄武岩纤维和水泥掺入取自长春地区的黄土中,进行无侧限抗压强度试验。主要研究纤维掺量、纤维长度对纤维水泥土无侧限抗压强度特性的影响。试验结果表明：同一纤维质量掺入比下,随着纤维长度的增加,纤维水泥土抗压强度大体呈上凸型曲线形式,曲线最终趋于无纤维掺入的水泥土强度,说明纤维分布均匀性和纤维分布密度对强度影响较大;同一纤维长度下,纤维水泥土强度随纤维质量掺入比的增大呈波浪型曲线形式发展,第1次波峰值大于第2次波峰值,曲线最终趋于某个固定值,在实际工程应用中,可采用初次波峰的掺入量进行水泥土加固,达到预期加固效果的同时,能够大幅降低工程造价;同时,要充分考虑搅拌不均匀性对水泥土强度带来的影响,且不宜采用过长的纤维进行加固,一方面容易形成集束现象,另一方面容易连挂在搅拌器械上。     

XYY型生物聚合物改良黏土抗开裂及抗冲刷特性研究

为探究XYY型生物聚合物改良黏土抗开裂及抗冲刷特性，进行若干开裂及冲刷试验。试验结果表明：在干燥条件下，随着生物聚合物的掺入，试样的抗开裂特性明显改善，生物聚合物的掺入增强了土体的抗拉强度，使其大于试样因干燥脱水而产生的张拉应力，试样随生物聚合物掺量的增加由发生开裂转变为脱水聚缩，且试样残留的含水率随生物聚合物掺量的增加而增加，XYY型生物聚合物的掺入增强了土体的保水性。素土试样在冲刷后，发现明显的冲蚀破坏痕迹，冲刷率达49.56%，而生物聚合物改良土冲刷后结构仍较为完整。当生物聚合物掺量达2.0%时，试样的冲刷率仅为0.81%，说明生物聚合物改良后黏土拥有良好的抗冲刷效果。同时微观机理分析得出，XYY型生物聚合物可以有效填充黏土颗粒间的空隙，使其结构更加紧密，能有效改良黏土的抗开裂和抗冲刷特性。     

植被混凝土—石界面强度及基材pH值研究

以透水石模拟岩质边坡,通过植被混凝土与透水石界面的直剪试验,研究植被混凝土与岩质边坡界面间的抗剪强度与水泥和绿化添加剂掺量之间的关系,并通过pH测试研究植被混凝土在满足界面抗剪强度条件与植物生长条件两者间的相适应性。结果表明,随着水泥掺量的增加,植被混凝土—石界面之间的抗剪强度逐渐增大,植被混凝土的pH值也随之逐渐升高;随着绿化添加剂掺量的增加,植被混凝土—石界面之间的黏聚力和内摩擦角呈现不同的发展趋势,植被混凝土的pH值逐渐降低。当水泥掺量为6%,绿化添加剂掺量为50%至75%时,相较于普通黏土-石界面,植被混凝土-石界面间的黏聚力降低80.5%至60.2%,内摩擦角降低24.3%至53.6%,同时又能满足植物生长的条件。     

水泥土的渗透特性

为了提高水泥土的应用水平 ,通过室内试验研究了水泥土的渗透性与水泥掺入比、时间及外掺材料间的关系 .认为满足工程应用的最佳水泥掺入比为 10 % ,外掺材料可有效改善水泥土的渗透性     

水泥-膨润土复合固化市政污泥强度试验研究

针对固化污泥的强度问题,以水泥作为复合剂的固化基质材料,采用材料比选强度试验,优选复合剂的外掺剂;开展了不同水泥添加量和不同膨润土添加量条件下固化污泥的强度试验,研究固化污泥的强度特性。结果表明:膨润土可作为优选的外掺剂,其特殊的离子交换和团粒化作用,使得膨润土复合水泥固化市政污泥相比于黏土、页岩效果更好;固化污泥土的无侧限抗压强度总体上随着水泥、膨润土添加量的增加而增大,试验表明水泥和膨润土复合可有效固化市政污泥,提高污泥的强度特性;基于试验数据建立的固化污泥土强度预测模型,可以对固化污泥土的无侧限抗压强度进行准确预测。