石灰改良膨胀土非饱和特性研究及其应用

发布时间：2020-06-06 18:54

【摘要】：非饱和土在自然环境中分布广泛,它是一类有别于饱和土的固、液、气混合的三相土。正是气相的存在造成非饱和土的特性变得更为繁杂,岩土工程中遇到的绝大多数土体都是非饱和土,在以往的工程建设中常以饱和土理论解决膨胀土路基、边坡等问题而引发事故。究其原因,大多是未将非饱和土中吸力等因素考虑进来。随着经济的发展,非饱和土工程问题日益增多,非饱和土的力学性质与工程特性成为了研究的热点方向。本文将较为典型的合肥非饱和膨胀土作为研究对象,进行了系统的室内改良试验,研究了掺灰土样在吸力作用下的强度等力学特性,着重探究了掺灰率、含水量、龄期对改良膨胀土的影响情况,同时还结合非饱和土理论分析了试验结果,获得了若干有意义的成果。(1)对合肥膨胀土进行常规室内试验,自由膨胀率试验,电镜扫描试验和采用滤纸法量测了不同掺灰率改良膨胀土土-水特征曲线。通过试验结果得到:合肥地区膨胀土的进气压力值;随着掺灰率的不断提高,同等含水率对应的土样基质吸力也不断提高。(2)利用三轴仪完成了不同掺灰率改良土的三轴试验,探讨了土体在不同正应力和围压下的力学特性。通过试验得到:影响土体强度的三种因素变化的规律;合肥地区改良膨胀土石灰掺量的最优配比;发现土体强度大小随含水率的增大先提高后降低,含水率在大于实验室击实试验所得的最优含水时可使土体强度有较大提升;土体的强度随着养护龄期的延长而提升,提升速度先快后慢。(3)采用非饱和土直剪仪对素土和不同掺灰率改良土土开展了非饱和直剪试验,得到了素土与不同掺灰率改良土在控制吸力条件下的抗剪强度变化规律。结果表明:掺灰土低吸力段时和素土有相近规律,即净法向应力的提高,剪应力峰值也线性增大,但在高吸力段,各掺灰率下土样剪应力峰值随净法向应力的提高呈非线性增长;基质吸力和掺灰率的变化都能够很大程度的提高土体强度,基质吸力的存在对土的强度提高贡献较大,并得到素土、掺灰土的基质吸力和黏聚力关系的拟合公式;随着基质吸力的不断增加,当超过进气值时,?~b的值呈现减小的趋势。(4)以某一典型石灰改良土路基(堤)边坡模型为例,利用Flac3D软件展开边坡稳定性探究,对试验结果进行验证,同时探讨了基质吸力与掺灰率影响边坡稳定性的情况。
【图文】：

土-水特征曲线,非饱和土

土在自然条件下的含水量常为塑限含水量,此时土体多为非饱的孔隙内部存在空气及水，正因为孔隙中具有的气体，同时水率改变的影响，导致非饱和土工程性质较饱和土更为繁杂内部孔隙水、气的形态、发展运动规律以及各相间的微观现的宏观工程性质相互联系，从而可对非饱和土的变形、强度特分析。吸力包括基质吸力、溶质吸力,基质吸力是指土中孔隙力的差值,它是探究非饱和土性质的重要参数，基质的特点有、孔隙大小及构成情况，，反映了它对土中水分的吸持能力。非受含水量改变的影响,它们之间关联可表达为土-水特征曲线（stic curve）,土水特征能综合反映非饱和土在不同的水气条件态，在非饱和土力学中有不可替代的地位,可以从土-水特征曲参数、强度等有关的数据。土-水特征曲线通常是由试验结果标系或半对数坐标系表示。有代表性的非饱和土土-水特征曲分：边界效应阶段；转化阶段；残余阶段。如图 2.1 所

滤纸法,设备,吸力,含水率

图 2.2 滤纸法所用的设备Fig 2.2 Equipment used by the filter paper method国材料与试验协会（ASTM）的 D5298 标准[67]制备相同含%、3%、5%、7%，干密度统一为 d=1.55g/3cm 的若干块环的初始含水率控制在 5%至 50%之间，按标准的方法进行）后土样与滤纸的吸力达到恒定，测量此时的土样及滤含水率及滤纸法率定表达式得到土样吸力。按此种步骤可代表吸力和含水率关系的若干个点绘于图中。试验结论法试验得到了石灰改良膨胀土在不同掺灰率下的土-水特在一起对比，如图 2.3 所示：100000
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.167

【参考文献】