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冻融循环作用下玄武岩纤维-水泥改良土力学特性研究

发布时间:2020-05-12 00:46
【摘要】:在季节性冻土区,暴露在自然环境中的路基每年都会最少经历一次冻结和融化作用,在多次冻融循环作用下,路基填料的力学性能会发生改变,路基会出现不均匀沉降、翻浆冒泥、强度降低等病害,严重影响铁路及公路的运行,因此研究一种在冻融循环作用下力学性质优良的新型改良土就具有重要的意义。为寻找一种冻融循环劣化效应低的路基填料,本文以青藏地区粉质黏土为改良对象,在传统水泥改良方法的基础上,提出向水泥改良土掺入玄武岩纤维的复合改良方法。为得到合理的纤维掺入比例,通过室内冻融循环试验、静三轴试验、动三轴试验以及电子显微镜扫描试验等,对不同冻融循环次数、不同玄武岩纤维掺量、不同围压的水泥纤维改良土的应力-应变关系、破坏强度、抗剪强度参数、动剪切模量、阻尼比等进行了对比研究,研究表明:(1)在静三轴试验中,掺入玄武岩纤维的纤维水泥改良土的抗剪强度参数以及强度特性指标均有所增大;在冻融循环作用下,纤维水泥改良土力学性能指标的降低率相比水泥土均显著减小,其中,随着冻融循环次数的增加,改良土的黏聚力逐渐减小,而内摩擦角则呈现先减小后增大变化规律。(2)在电镜试验中,由风干试样的电镜图片可以看出水泥土颗粒与纤维之间呈现紧密结合状态。水泥土颗粒与纤维的互相包裹作用降低了土体的冻融循环劣化效应,增强改良土的黏聚力,使其抗剪强度大幅提高。(3)在动三轴试验中,在水泥土中掺入玄武岩纤维可显著提高其动强度。在不同的试验条件下,改良土的阻尼比均随着动应变幅值的增大而逐渐增大,动弹性模量均随着动应变幅值的增大而逐渐减小。纤维的掺入可在一定程度上使水泥土的阻尼比和动弹性模量增大;随围压的增加,动弹性模量呈逐渐增大的趋势,而围压对阻尼比的影响作用并不明显;随着冻融循环次数的增加,试样的阻尼比和动弹性模量均明显降低。(4)通过对土动力学的本构关系进行对比分析,并基于改良土的动三轴试验结果,确定采用Davidenkov动本构模型对动三轴试验的动应力-应变关系、动剪切模量等进行拟合。综上所述,玄武岩纤维水泥改良土有较高的路用潜力,相比0.25%和0.75%掺量的玄武岩纤维加筋效果,0.5%掺量的玄武岩纤维加筋土的强度水平和抗冻融性能均最佳,因此在季节性冻土区建议使用6%的水泥加0.5%的玄武岩纤维来改良此粉质黏土。
【图文】:

分布图,分布图,冻土面,工程构筑物


环效应会对工程构筑物带来不可忽视的影响。逡逑中国是排名世界第三冻土大国,是除去俄罗斯和加拿大以外冻土面积最大的逡逑国家,我国冻结作用灾害分布概况如图1.1所示。据统计,我国约有215万平方逡逑公里的多年冻土区,占总面积的22.4%,主要分布在青藏高原、高海拔地区以及逡逑东北地区。另外,我国有将近一半以上的地区处于季冻区中,主要分布在西北、逡逑东北、华北等北方地区。在季节性冻土地区中,暴露在自然环境中的路基每年都逡逑要经历至少一次冻融循环,强烈的冻融过程会破坏土颗粒之间的黏结作用,造成逡逑路基填料强度大幅降低,并且由于冻土路基温度的变化,导致路基内部的温度场、逡逑水分场等发生不可逆的改变。由于大多数的土都是非均质性的,这将导致冬季路逡逑1逡逑

技术路线图,冻融循环,寒区,改良土


性能做出客观的评价。逡逑1.3.2技术路线逡逑本文的技术路线图如图1.2所示:逡逑寒区玄武岩纤维-水泥改良逡逑路基填料的三轴试验研宄逡逑±\i:nm±邋L逦岕NYn逦^土性:粉成黏土逡逑NB献综述与调研逡逑冻结温度:-15"C逦厂1逦 ̄ ̄i逦冻结温度:-15X:逡逑逦1邋|邋^邋|邋逦逦逡逑l^iTT.(MPa):逦4逦^逦电逦g逦^围邋JFP(MPa):逡逑0_3、0.4、0.5逦试镜试逦03.邋0.4,邋0.5逡逑逦逦验逦篇逦验逡逑纤维掺悘:(%):逦1逦is逦1逦纤维掺量(%):逡逑0.25、0.5、0.75逦逦^逦邋0.25、0.5逡逑逦邋冻融循环作用下改良土的影响邋逦逡逑冻融循环次数:逦逦,,逦1逦冻融循环次数:逡逑0、2、5、8、”逦0、2、5、10逡逑10、i5逦逦4逦逡逑逦1邋通过以h试验找出适用于寒区邋逦逡逑路基工程水泥改良土的玄武岩逡逑纤维配比逡逑图1.2技术路线图逡逑Fig.邋1.2邋Technology邋roadmap逡逑9逡逑
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:U416.16;U213.14

【参考文献】

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本文编号:2659341

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