循环荷载下淤泥轻量土的宏细观变形及沉降机理研究

发布时间：2020-08-08 14:51

【摘要】：近年来,我国很多重要流域通道地区的灌溉系统及中小河道淤积现象较为严峻,若将采集的疏浚淤泥随意堆放或弃埋,不仅占用大量耕地,而且会造成污染物扩散、河流污染以及空气污染等环境问题,亟需采取安全环保的处理措施。淤泥轻量化处理技术可把淤泥当作“资源”来看待,淤泥轻量土是通过添加发泡聚苯乙烯(Expanded Polystyrene Sheet,简称EPS)、固化剂,混合拌制而成的一种人工合成填料,它作为一种新型的环保土体,其具备轻质高强、固化前具有流动性、易施工性及固化后可自立等优点,既可以实现淤泥的“变废为宝”,又能有效解决淤泥堆放污染环境等问题。本文主要研究内容及成果如下:(1)本文选用拟合后的余弦波形荷载为循环荷载类型,通过室内固结试验和三轴试验,揭示了在一定的循环周期下不同水泥掺量、围压、EPS掺量及EPS粒径大小等因素分别对淤泥轻量土的宏细观结构变形特性和抗剪强度的影响规律。研究发现EPS掺量及其粒径大小对不同循环次数下淤泥轻量土的细观变形特性的影响最为显著,当EPS掺量相差2.0%时,淤泥轻量土最大体积变形量相差了4.1%。随着EPS颗粒粒径增大,其体积变量所占比例逐渐减小,EPS颗粒变形量所占比例最大约占75%。(2)基于试验获得的各项参数,借助ABAQUS有限元软件,对循环荷载作用下淤泥轻量土的细观多相变形机理及其内部EPS颗粒的应力应变动态演化规律开展了细观尺度下的数值模拟工作,并与室内试验结果进行对比分析。研究进一步表明了随着循环周期的逐渐增加,EPS颗粒变形量在整个变形过程中占主导地位,平均约占到55%~75%,而固结土的体积变形量占据了较小一部分。(3)鉴于淤泥轻量土组成的复杂性,参照太沙基一维固结理论中的部分假设,建立了淤泥轻量土固结理论模型,推导出了其固结变形理论的相关数学模型、固结方程及其单元体体积变形量与排水量之间的关于不同EPS颗粒掺量的非线性函数系数β。然后根据模型的初始边界条件,利用傅里叶级数法、分离变量法,并结合Maple数学编程软件求解出了余弦荷载下淤泥轻量土地基的一维固结解析解及沉降量的表达式。(4)利用ABAQUS软件建立了三维淤泥轻量土路基模型,对其各层结构在车辆荷载作用下的动态变形及其工后沉降变形特性进行了系统分析,揭示了淤泥轻量土路基在动荷载下的动态变形规律及其分布特征。通过理论计算与数值模拟结果进行对比分析获悉,在荷载作用的初始阶段两种方法获得的结果基本相同,随着荷载作用时间的逐渐加长,数值模拟结果略比理论计算结果偏小,但这些偏差均处于误差允许范围内。
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U414
【图文】：

本文技术路线图

应力应变关系展开详细研究，进一步探究循环荷载作用下淤泥轻量土的细观多相变形机理及其宏、细观变形特性。2.1 试样材料及其相关性质本试验采用疏浚淤泥作为原料土，发泡聚苯乙烯（Expanded Polystyrene Sheet，简称 EPS）作为轻质掺合料，郑州市天瑞水泥厂生产的 32.5#普通硅酸盐水泥作为固化材料制备的 EPS 淤泥轻量土试验的试样。2.1.1 原料土本试验选用的原料土是取自黄河流域郑州黄河游览区域的疏浚淤泥，属于典型海相沉积淤泥。本次试验所选的淤泥特征主要有：处于完全饱和状态，颜色主要呈浅色至深灰色，局部夹杂着灰褐色和黑色，表面较为光滑，状态呈流塑状，可成形，闻着有较重的腥臭味，有机质含量较高，基本上可以代表我国黄河流域海相沉积淤泥，试验所用的淤泥原状土如图 2 所示，其基本物理参数见表 1。

应力应变关系展开详细研究，进一步探究循环荷载作用下淤泥轻量土的细观多相变形机理及其宏、细观变形特性。2.1 试样材料及其相关性质本试验采用疏浚淤泥作为原料土，发泡聚苯乙烯（Expanded Polystyrene Sheet，简称 EPS）作为轻质掺合料，郑州市天瑞水泥厂生产的 32.5#普通硅酸盐水泥作为固化材料制备的 EPS 淤泥轻量土试验的试样。2.1.1 原料土本试验选用的原料土是取自黄河流域郑州黄河游览区域的疏浚淤泥，属于典型海相沉积淤泥。本次试验所选的淤泥特征主要有：处于完全饱和状态，颜色主要呈浅色至深灰色，局部夹杂着灰褐色和黑色，表面较为光滑，状态呈流塑状，可成形，闻着有较重的腥臭味，有机质含量较高，基本上可以代表我国黄河流域海相沉积淤泥，试验所用的淤泥原状土如图 2 所示，其基本物理参数见表 1。

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本文编号：2785714