水泥改良膨胀土抗剪强度室内试验研究

为研究水泥改良膨胀土抗剪强度的变化规律,本文以宜昌市小溪塔至鸦鹊岭一级公路改建工程为背景,采用宜昌三峡牌水泥改良膨胀土用作路基填料,并对不同水泥掺量改良膨胀土进行了直接室内剪切试验,深入分析了不同水泥掺量对改良膨胀土的抗剪强度指标的影响及影响规律。研究结果表明:水泥改良膨胀土能明显地提高膨胀土的抗剪强度,掺入水泥之后,内摩擦角和粘聚力均明显提高;随着水泥掺量的增加,改良膨胀土的内摩擦角先逐渐增大,且增大趋势先快后慢,最后逐渐趋于平稳;随着水泥掺量的增加,改良膨胀土的粘聚力逐渐增大,增大的趋势先慢后快,然后逐渐减慢,当水泥掺量从3%增加至5%时,粘聚力增加幅度最大。     

剪切速率及二灰掺量对改良风化砂抗剪指标的影响

以石灰、粉煤灰改良风化砂抗剪强度指标为研究对象,通过对风化砂中掺入不同量、不同比例的二灰,进行室内直接剪切试验,改变剪切速率,得到不同剪切速率及二灰掺量对抗剪强度指标的影响规律.试验研究表明:剪切速率对二灰改良风化砂的粘聚力、内摩擦角有较大影响;在相同的二灰比例下,二灰改良风化砂粘聚力随着剪切速率的增大而增大,内摩擦角随着剪切速率的增大而减小;垂直荷重较大时,抗剪强度随着剪切速率的增大而显著减小,垂直荷重较小时,剪切速率对抗剪强度影响较小;在相同的剪切速率下,风化砂的粘聚力均随着二灰掺量的增加而有显著增大,且剪切速率大的粘聚力增幅要大于剪切速率小的粘聚力增幅.随着二灰掺量的增加,风化砂的内摩擦角会先增大后减小,但总体差别不大.     

玉米须加筋微生物固化淤泥的抗剪强度试验研究

为了研究纤维与MICP技术共同固化淤泥的抗剪强度特性,采用掺量为0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%玉米须纤维或碳纤维与MICP共同固化淤泥,对固化体进行直剪试验,借助扫描电镜,从微观的角度探讨了固化机理。结果表明:单掺纤维或利用MICP技术均可以提高固化体的抗剪强度,而MICP与纤维共同作用得到的固化体抗剪强度提高幅度更加显著。随着纤维含量的增加,固化体的粘聚力和内摩擦角先增加后减小,最佳纤维掺量为0.6%,纤维种类对内摩擦角影响无明显区别。由扫描电镜分析可知:纤维发生桥联作用将碳酸钙与土颗粒连接为一个整体,提高了土体抗剪强度;玉米须纤维较碳纤维表面更加粗糙且分散性好,体现出玉米须纤维加筋效果更好。     

高聚物固化钙质砂的动力特性试验研究

钙质砂颗粒形态不规则,孔隙率较高且容易破碎,其特性与陆源砂不同,用作岩土工程材料前须固化。本研究使用高聚物来固化处理钙质砂,并通过动三轴试验,研究钙质砂固化前后的动力液化特征,对两种试样的孔隙水压增长规律、动应变发展特性以及滞回曲线的演化趋势进行分析。试验结果表明:经高聚物固化的钙质砂抗液化能力显著增强,两者的孔隙水压力增长趋势相似;浆体材料通过体积膨胀所构成的泡沫状态的固体,通过填补孔隙、胶黏颗粒,提高了砂粒之间的连接强度和延性,有效改善了其动应变特性;固化钙质砂的滞回曲线主要表现为一系列近似平行的曲线,与原状钙质砂略有不同,但两者滞回环形状的变化规律相同。     

含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响

采用SRS-150型动态环剪仪,对甘肃通渭地区黄土重塑并进行室内环剪试验,分析含盐量与纤维长度、掺量对聚丙烯纤维加筋土抗剪强度的影响,并通过扫描电镜试验分析其微观作用机制.结果表明,加筋土抗剪强度随含盐量的增加,表现为先减小后增大的趋势,含盐量的界限值为6%左右;当纤维掺量取0.2%、 0.4%、 0.6%时,加筋土峰值强度有明显提升,但对其残余强度影响不大;纤维长度越长,加筋土黏聚力越大,当纤维长度增长到9 mm以上时,黏聚力减小或增长变慢;在纤维掺量低于0.4%的情况下,加筋土内摩擦角受纤维长度的变化影响很小,当纤维掺量高于0.4%之后,纤维长度越长,内摩擦角越小;含盐量的增加会使土颗粒的双电子层厚度减小,使土颗粒间的黏结力增大,从而土体中颗粒聚集体越来越多,最终促使加筋土的抗剪强度发生变化.试验表明含盐量与纤维条件对加筋土抗剪强度的影响均存在一个界限值,这些可控因素对纤维加筋黄土边坡的加固及防护影响巨大,在实际工程应用中可围绕试验中的界限值进行相应调整.     

碳纤维微生物固化砂力学性能及颗粒形状分析

微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbial Induced Carbonate Precipitation,简称MICP）技术已被广泛应用于土体加固。纤维的加入可以降低微生物固化砂土的脆性,但从颗粒形状方面探究掺碳纤维微生物加固砂土的力学特性还未成体系。因此,本文采用不同含量的碳纤维掺入硅砂和钙质砂中,利用无侧限抗压强度试验、SEM电镜扫描和光学显微镜试验,研究了碳纤维掺量及颗粒形状对MICP固化砂土的影响。试验结果表明：碳纤维的加入可以有效提高微生物固化砂土的无侧限抗压强度,随着纤维掺量的增加先增大后减小,纤维在硅砂和钙质砂中的最优掺量分别在0.1%~0.3%和0~0.2%之间取得。纤维的加入增加了细菌的滞留从而增加了颗粒间碳酸钙的生成,从而表现为添加纤维后的试样无侧限抗压强度普遍高于未添加纤维的试样。且因硅砂的圆度低于钙质砂,粗糙度高于钙质砂,说明硅砂整体咬合力与内摩擦力高于钙质砂,总体上表现为硅砂的无侧限抗压强度普遍比钙质砂高。     

颗粒形状对钙质砂最终级配影响的试验研究

为探究颗粒形状对大剪切应变条件下钙质砂最终级配的影响,采用环剪仪和Morphologi G3对取自我国南海的钙质砂进行了一系列环剪试验和颗粒形状分析。试验结果表明:钙质砂在剪应力作用下发生颗粒破碎导致其级配变化,当环剪的剪应变达到50 000%时,钙质砂级配趋于稳定;级配稳定的钙质砂试样被替换成未发生过破碎的相同级配钙质砂试样后,由于替换前后颗粒的形状不同,导致试样在剪应力作用下继续发生颗粒破碎,试样重新稳定时颗粒级配分形维数相较于原稳定状态时的分形维数有一定程度的增加。     

南阳黄褐土力学特性实验研究

运用应变控制式直剪仪,对不同含水率及粗颗粒砂含量的南阳重塑黄褐土开展直剪实验,分析含水率、粗颗粒砂含量对土体抗剪强度、黏聚力及内摩擦角的影响;实验结果表明:抗剪强度都随着垂直压力的增大而增大;随着含水率的增加而降低;黏聚力、内摩擦角随土样的含水率的增加而减少;含水率低于16%,对内摩擦角影响较小;在16~22%间,含水率对内摩擦角影响明显;含水率大于22%,含水率对内摩擦角影响较小。黄褐土含水率在15%情况下,粗颗粒砂含量影响对其力学特性影响明显:黄褐土和砂粒的含量分别为60%和40%时,重塑土的抗剪强度达到最大值;粗砂粒含量由20%增加到60%,由粗颗粒砂与黄褐土组成混合体的粘聚力迅速减小到最小;粗砂粒含量由60%增加到80%,混合体的粘聚力迅速增加,其粘聚力在砂粒含量60%达最低;砂粒含量由20%增加到50%,其內摩擦角迅速增加到最大,砂粒含量由50%增加到80%,其內摩擦角迅速降低到32.92°。     

水泥掺量对改良膨胀土抗剪强度的影响

以合肥蜀山区、包河区、庐阳区以及瑶海区的膨胀土为研究对象,采用水泥含量对膨胀土进行改良,水泥掺量分别为1%至4%,并设置一组不掺水泥的同条件膨胀土作为对比。在养护7 d条件下,进行直剪试验,研究水泥掺量对改良膨胀土抗剪强度、内摩擦角以及粘聚力的影响。研究表明:水泥能有效地抑制膨胀土的膨胀性,并且随着水泥掺量在一定程度内的提高,改性膨胀土的抗剪强度进一步得到提高;随着水泥掺量的增加,内摩擦角首先呈现逐渐增大的趋势,随后逐渐变缓直至稳定;膨胀土的粘聚力也会随着水泥的增加而增加。     

垂直荷重对不同材料改良膨胀土抗剪强度影响研究

通过不同垂直荷重下的直剪试验,探究石灰、水泥、粉煤灰改良膨胀土的内摩擦角、黏聚力以及抗剪强度随垂直荷重级数的改变而变化的规律,验证不同材料改良时的抗剪强度曲线与莫尔-库伦强度理论的相符程度。研究表明,在改良材料及掺量一定时,随着垂直荷重的增加,改良膨胀土内摩擦角逐渐减小,黏聚力逐渐增大。粉煤灰改良时内摩擦角减小幅度最大,黏聚力增长幅度最小;水泥改良时内摩擦角减小幅度最小而黏聚力增长幅度最大;石灰改良时内摩擦角及黏聚力的变化幅度居中。当垂直荷重级数相同时,掺3种材料对膨胀土抗剪强度提高幅度依次为:水泥、石灰、粉煤灰。当垂直荷重级数相同时,掺石灰对膨胀土内摩擦角的提高幅度最大,而对黏聚力的提高来说,掺水泥效果最好;掺石灰改良时,试验所取的垂直荷重对抗剪强度指标的影响程度较大,而粉煤灰改良时,抗剪强度与垂直荷重的关系接近库伦定律,垂直荷重的取值对抗剪强度指标的影响较小。     

聚氨酯加固南海钙质砂静力特性试验研究

为评价聚氨酯泡沫胶黏剂对钙质砂的加固效果,通过单轴压缩试验和三轴剪切试验,研究了聚氨酯对钙质砂强度和变形特性的影响;并采用Duncan-Chang模型对三轴试验结果进行拟合,分析了聚氨酯胶凝钙质砂的变形及应力规律。结果表明:将聚氨酯掺入到钙质砂中可以稳定地提高钙质砂的承载能力,且增加掺量可提高固化效果;聚氨酯的掺入,不仅提高钙质砂的抗剪强度,而且减少了相同应力条件下钙质砂地基的沉降量;聚氨酯填充砂颗粒间的孔隙,使松散的钙质砂形成不规则的连续体或不连续体,增强了钙质砂的整体性,从而达到提高强度的目的。     

直剪条件下钙质砂强度及颗粒破碎

钙质砂的主要成分是碳酸钙,由于其特殊成因,钙质砂具有孔隙特征。为了深入研究粒径、含水率及剪切速率对钙质砂强度及颗粒破碎特性的影响,本文在不同粒径、含水率和剪切速率等因素下对钙质砂进行直剪试验。试验结果表明：(1) 钙质砂的抗剪强度与内摩擦角与粒径之间存在正相关的关系,小粒径(<1.0 mm)情况下,粒径和竖向压力不再是影响颗粒破碎的主要因素,大粒径(>1.0 mm)情况下, 颗粒破碎程度出现剧增现象,粒间咬合和约束的存在是此现象的主要原因。(2)粒间水膜和颗粒损伤的存在,导致钙质砂的内摩擦角随着含水率的升高逐渐减小,含水率和内摩擦角之间呈指数函数关系。相对破碎随着含水率的升高先减小后增大。(3)颗粒在剪切过程中存在翻滚现象,但过大的剪切速率会使得颗粒直接从中间位置剪切,钙质砂的内摩擦角随着剪切速率的增大呈现先增大后减小再增大的现象,相对破碎则是随着剪切速率的增大呈现先减小后增大的趋势。     

不同粒径风化砂改良膨胀土的特性试验

土的粒径对土的压实性、强度以及胀缩特性有一定的影响。为研究不同粒径的风化砂对膨胀土特性的影响及其影响规律,本文结合宜昌市风化砂改良膨胀土特性试验研究,对粒径(d)为0.5mm、0.5mm≤d1mm及1mm≤d2mm的风化砂改良膨胀土进行了无荷膨胀率、收缩、直剪和击实试验,得到不同粒径、不同掺砂比例改良膨胀土的击实、强度和胀缩指标。试验结果表明,掺入风化砂能够有效抑制膨胀土的胀缩特性,改善压实特性,提高膨胀土的强度;掺砂之后,膨胀土的最佳含水率、无荷膨胀率、线缩率、体缩率及收缩系数均降低,最大干密度、内摩擦角、缩限均增大。同一掺砂比例下,随着粒径的增大,膨胀土的无荷膨胀率、线缩率和体缩率均减小;内摩擦角、黏聚力、最大干密度及缩限均增大。同一粒径下,随着掺砂比例的增大,膨胀土的最佳含水率、无荷膨胀率、线缩率和体缩率均降低;缩限和内摩擦角均增大;黏聚力随着掺砂比例的增大先增大后减小。当粒径为1mm≤d2mm和0.5mm≤d1mm时,掺砂20%时黏聚力达到最大值;当粒径为0.5mm时,掺砂10%时黏聚力达到最大值。最大干密度的变化趋势随着风化砂粒径的改变而改变,当粒径为1mm≤d2mm时,最大干密度随着掺砂比例的增加而增大;当粒径为0.5mm≤d1mm时,最大干密度随着掺砂比例的增大先增大后逐渐减小,掺砂30%时,最大干密度达到最大值;当粒径为0.5mm时,最大干密度随着掺砂比例的增大先增大后减小,掺砂20%时,最大干密度达到最大值。     

重塑红棕色玄武岩残积土抗剪强度特性试验研究

红棕色玄武岩残积土属于强风化土,为了解其抗剪强度变化规律,对不同干密度、不同含水率的土样进行不固结不排水剪与固结不排水剪试验。试验结果表明:当含水率一定时,随着干密度的增加,土的抗剪强度增加;干密度一定时,随着含水率的增加,土的抗剪强度、黏聚力与内摩擦角均减小;经过固结后,土样的含水率较低时,主要通过提高黏聚力来提高抗剪强度;含水率较高时,则主要通过提高内摩擦角来提高抗剪强度。各条件下的试验所得抗剪强度指标可为工程设计提供参考。     

含泥量与含水率对三峡库区花岗岩风化砂细集料抗剪强度的影响

为了研究含泥量和含水率的变化对三峡库区花岗岩细集料强度特性的影响,通过控制含泥量和含水率的变化,采用四联式电动直剪仪在四个不同垂直应力下进行16组直剪试验。结果表明：花岗岩风化砂细集料抗剪强度随含水率和含泥量的增加表现为不同程度的减小;细集料的内摩擦角随含泥量的增大而减小,当含水率为15%时,含水率对内摩擦角不再具有明显的影响;而黏聚力随含泥量的增大而增加,随含水量的增大而减小。花岗岩风化砂细集料的内摩擦角 在20.9°～24.9°之间变化,黏聚力 值6.4 kPa ～21.3kPa之间变化。研究结果可为三峡库区地基或路基工程作参考。     

铀尾砂水性聚氨酯固化体的力学性能研究

为研究水性聚氨酯对铀尾砂的固化效果,开展了不同质量比的水性聚氨酯固化铀尾砂试验,采用三轴压缩试验研究了水性聚氨酯质量比对铀尾砂试样的应力-应变行为、破坏强度、抗剪强度参数的影响,并采用扫描电子显微镜表征了固化前后铀尾砂的微观特征。结果表明,当水性聚氨酯的质量比为5%~10%时,随着围压的增加,试样的应力-应变曲线由软化型向硬化型转变；当水性聚氨酯的质量比为15%时,皆为强软化型。随着水性聚氨酯质量比的增加,试样的破坏强度增大,内摩擦角下降,内聚力提高。扫描电子显微镜表征表明水性聚氨酯通过充填到尾砂颗粒间的孔隙中,并将其包裹和黏结在一起,由此形成空间网状结构,提高了试样的力学性能。     

干湿循环条件下秸秆灰渣改良膨胀土试验研究

膨胀土是遇水较为敏感的特殊土,所以研究膨胀土在干湿循环条件下的抗剪强度特征非常重要,尤其是对改良膨胀土的研究更有实际的工程意义。通过室内直接剪切试验,研究了膨胀土及秸秆灰渣改良土的抗剪强度特征。试验证明,膨胀土的抗剪强度随着灰渣含量的增加而增加,在灰渣含量为17%时强度及黏聚力达到最大值;而改良土的内摩擦角随着灰渣含量的增加而增加,同时改良土强度随着竖向力及养护龄期的增加而线性提高;干湿循环试验证明,膨胀土随着秸秆灰渣含量的增加抗剪强度衰减程度逐渐减小,试样的抗剪强度在第1次干湿循环时衰减较大;4次干湿循环后膨胀土黏聚力从37.0kpa,衰减到4.0 k Pa,内摩擦角衰减范围是28.3~11.64,17%秸秆灰渣改良土黏聚力衰减范围是74.16~57.43,内摩擦角衰减范围是46.05~42.25;直接剪切试验表明17%秸秆灰渣改良土为最佳配比。     

高温冻土剪切力学特性试验研究

利用重塑土的直剪试验,探讨-2℃条件下青藏地区3种不同土性(粉质黏土、粉砂、细砂)冻土的直剪力学特性。结果表明:高温冻土剪切特性与土性、密度、含冰量密切相关;剪切位移-剪应力曲线在相对密实条件下呈应变软化型,而在相对松散状态下呈应变硬化型;不同密实条件下粉质黏土的内摩擦角随含冰量的增加表现为先降低后增加,而细砂的内摩擦角随含冰量的增加而增加;在相同含冰量条件下粉质黏土、细砂的内摩擦角随密度的增加而增加;粉砂在不同密实条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土类似,但在相同含冰量条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土、细砂相反;-2℃条件下不同土性高温冻土黏聚力随密度、含冰量变化的规律不明显。高温冻土地区的工程建设应根据土性、密度、含冰量情况合理选取抗剪强度指标。     

膨胀土-混凝土界面剪切特性研究及界面系数修正

为对不同含水率下与不同法向应力下的膨胀性土的界面抗剪强度-界面剪切位移曲线进行分析,通过设计室内膨胀土-混凝土界面直剪试验,研究各含水率对膨胀土-混凝土界面各力学性质的影响。结果表明：不同含水率条件下的应力应变曲线均无应变软化现象,基本符合应变硬化模型;含水率的增长,对界面抗剪强度有较为明显的劣化影响,应力应变曲线的峰值也随之愈发滞后;同一含水率的界面抗剪强度与法向应力较好地符合摩尔-库伦强度准则,随着含水率的逐渐增长,界面抗剪强度也呈现递减态势;界面黏聚力先呈增长态势,后呈逐渐减小态势;界面等效剪切模量呈现下降趋势,同时通过微观角度对界面黏聚力和界面内摩擦角引起的界面强度变化规律进行了机理性的分析。界面内摩擦角则随着含水率增加逐渐地呈现反比例函数降低态势,引入界面摩擦系数,进一步细致分析界面摩擦力学性质,同时修正了界面黏聚力和法向应力对界面摩擦带来的较大影响,针对于浅层边坡土体与桩基础的摩擦估算,考虑到法向荷载对于界面摩擦系数影响较为合理。