平原水库护坡土改良与抗冻性能研究

发布时间：2020-09-18 07:33

　　平原水库多建于大江大河中下游平原和滨海地区,地质条件差,土质多为淤泥、淤泥质土、软粘土等软土。就南水北调东线已建平原水库内而言,筑坝地层多为第四系新近冲洪积层,主要岩性为砂壤土、裂隙粘土和粉细砂,结构松散,强度低,透水性较强。由于平原水库的特点,护坡易出现渗透破坏,冻胀、冻融破坏等事故,危及水库大坝安全,甚至被迫废库还耕。对水库护坡土进行改良确保平原水库长期安全运行,是发挥平原水库效益的根本保障。因此进行平原水库土体改良研究具有重要的意义。为了探讨水泥、国内某固化剂对平原水库护坡土土力学性能的影响,以山东德州大屯水库护坡土为研究对象。将水泥掺入护坡土后进行改良试验,并对其抗压、抗剪等力学性能进行测试研究。同时,对水泥与国内某固化剂的复合材料进行正交试验,找到影响组合配比强度的主要因素及最优配比,并对最优配比组进行冻融试验研究。为平原水库护坡土处理措施提供有益的试验依据和理论参考。首先,取大屯水库护坡土为试验土样并对所取土样进行颗粒分析试验、击实试验、界限含水率试验,得到试验土样的液塑限、最大干密度、最优含水率等各项物理性质指标。其次,在试验土样中按一定比例加入水泥和某国产固化剂进行改良,通过正交试验,得到使改良土力学性能与抗冻性能最优的配比;分析正交试验结果比较了水泥掺量、固化剂掺量、干密度、龄期四个因素对改良土抗剪强度、抗压强度以及冻结温度的影响程度;进行小龄期改良土的无侧限抗压强度试验,探究固化剂对改良土力学性能的影响。最后,对最优配合比组的改良土进行冻融循环试验,对冻融后土样进行无侧限抗压试验,探究不同冻融次数对改良土样抗压强度的影响;取冻融后土样做压汞试验,探究微观机理如何导致宏观现象。通过试验研究得到以下结论:改良后的土样的力学性能得到显著提高,冻结温度显著降低;影响其抗压、抗剪强度及冻结温度的主要因素为水泥掺量和龄期,固化剂掺量与干密度影响较小;综合各项指标的极差方差分析得到使力学性能、抗冻性能最优的配比为第15组A4B3C2D4(水泥13%、固化剂占水泥的3%、干密度1.68g/cm~3龄期28天)经1、3、5次冻融循环后改良土的无侧限抗压强度逐渐减小;第1次冻融循环后减小的幅度最大,可见第1个循环对土无侧限抗压强度的影响最大。3次、5次后减小的幅度依次降低,7个循环后,无侧限抗压强度增大,但仍小于没经冻融循环的值,9个循环后,无侧限抗压强度又大幅度降低,远低于增大之前(即第5次循环后)的值;在冻融次数不超过10次时,大孔隙含量总体增加,中、小孔隙的含量减少,微孔隙的含量基本保持不变,导致冻融后土样抗压强度降低的原因主要是大孔隙含量的不断增加。固化剂在4h之内作用并不显著,但8h之后其作用凸显。大大加快了水泥的凝结速度,使其在8h时抗压强度就达到了单掺同量水泥养护3d时的强度。大大缩短了水泥的固化时间,能在较短时间内改良土的力学性能,使改良土的抗压强度显著提高。在抢险救灾工程中意义重大。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV223
【部分图文】：

技术路线图,土样,无侧限抗压试验,抗冻性能

试验所取护坡土物理性质的测试：颗粒分析试验、击实试验、界限验土样的液塑限、最大干密度、最优含水率等物理性质指标。利用水泥与国内某固化剂改良大屯水库护坡土，通过正交试验，学性能（抗压、抗剪强度）、耐久性能（抗冻性能）为判断指标最优配合比；进行小龄期改良土的无侧限抗压试验，探究试验所用。取力学性能、抗冻性能最优的配比（水泥 13%、固化剂占水泥的龄期 28 天）制作无侧限抗压试验的土样。将土样分别冻融 0、1、无侧限抗压强度。探究不同冻融循环次数对改良土抗压强度的影响取不同冻融次数后的土样做压汞试样然后进行压汞试验，探究导致降低的微观原因。路线图 1：

线图,颗粒大小,线图,土样

理式计算小于某粒径的试样质量占总质量的百分数：AxBmx dm ——小于某粒径的试样质量占总质量的百分数，%；A ——小于某粒径的试样质量，g;B ——细筛分析时所取试样的总质量，g;x ——粒径小于 2mm 或粒径小于 0.075mm 的试样质量占总质量制颗粒大小分布曲线。以小于某粒径的试样质量占总质量的百分对数横坐标上进行绘制。求出各粒组的颗粒质量百分数。

线图,土样,颗粒大小,线图

图 3 k6+600 土样颗粒大小单对数分布曲线图Fig.3 k6+600 Soil sample particle size single logarithmic distribution curve由图 2 和图 3 得：K7+750 土样可以代表均质坝土料砂壤土性质；K6+200 土样为土中掺有部分裂隙粘土的粉质黏土，该土样为局部特殊土样，不能代表筑坝土料性质此判定护坡土性质为粉质黏土。冻胀性土和非冻胀性土可根据地基土的颗粒组成按判别标准划分：Ⅰ土中粒径小于 0.075mm 的土粒质量等于或小于总质量 10％的土为非冻胀性土。Ⅱ土中粒径小于 0.075mm 的土粒质量大于总质量 10％的土，应为性土。坝坡土颗粒分析试验结果表明，土中粒径小于 0.075mm 的土粒质量占总质量 100%，属于冻胀性土。.2.2 改良前土的界限含水率.2.2.1 试样制备取一些碾碎风干后的改良前土样，过 0.5mm 筛后，取 200g 分成 3 等份后分别倒土容器中，然后掺加不同量的水调配成土膏后放入保湿缸中 24h。

【参考文献】