直剪试验方法对轻量土抗剪强度的影响规律研究

【目的】为了快速、准确地获取轻量土抗剪强度相关指标,确定不同直剪试验方法对轻量土抗剪强度的差异,【方法】通过快剪、固结快剪以及慢剪试验,分析了轻量土剪应力-剪切位移曲线、黏聚力和内摩擦角在不同剪切方法及不同配比下的变化规律。【结果】结果显示：轻量土的抗剪强度及抗剪强度指标随着其配比不同表现出一定的差异,其中,随着EPS颗粒体积比的增大,剪应力-剪切位移曲线由应变软化型转变为应变硬化型,轻量土抗剪强度大幅降低。随着水泥掺量的增加,轻量土抗剪强度总体呈现增大的趋势,同时轻量土黏聚力随EPS颗粒体积比增大而大幅减小,随水泥掺量的增大略有增大;内摩擦角随EPS颗粒体积比的增大急剧减小,随水泥掺量增大略微减小。其中以快剪试验为例,当水泥掺量为15%、EPS颗粒体积比由20%增长至40%和60%时,轻量土黏聚力相对减少量为22.20%、44.73%。【结论】结果表明,不同EPS颗粒体积比下,慢剪方法对轻量土试样黏聚力的变化较为敏感,而快剪方法对轻量土试样内摩擦角的变化较为敏感。与素土相比,三种直剪方法下得到的不同配比轻量土剪应力-剪切位移曲线形态、抗剪强度值均比较相近,实际工程中可用直剪快剪方法获...     

剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响规律研究

为了确定剪切速率对EPS颗粒混合轻量土抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了素土和不同配比轻量土在剪切速率为0.02,0.1,0.2,0.8,2.4 mm/min时的抗剪强度特性。试验结果表明：轻量土的剪应力-剪切位移关系曲线中存在硬化型和软化型两种形态,主要受EPS颗粒掺入比、水泥掺入比、法向应力的控制,素土的剪应力-剪切位移关系曲线形态为硬化型。剪切速率越大,试样达到破坏或稳定阶段历时越短。不同剪切速率下,轻量土的抗剪强度包线多为折线型,与传统结构性土体包线类似。作为一种结构性土体,配比对轻量土抗剪强度的影响是决定性的,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角随水泥掺入比的增大、EPS颗粒掺入比的减小而增大。剪切速率对轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角影响较小,对素土影响较大。随着剪切速率增大,轻量土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角变化幅度较小,无显著变化规律,素土抗剪强度、黏聚力和内摩擦角逐渐减小。     

棉秆纤维EPS颗粒轻量土配合比设计

为满足湿陷性黄土地区海绵城市道路建设需求,研制了一种具有轻质、高强并兼具一定渗透性的棉秆纤维EPS颗粒轻量土作为路基换填材料。该轻量土由棉秆纤维、聚苯乙烯(EPS)颗粒、水泥、黄土和水混合而成。通过室内试验对不同棉秆纤维掺量及长度、不同EPS颗粒掺量及粒径、不同水泥掺量轻量土的密度、强度、变形和渗透性进行研究,进而设计棉秆纤维EPS颗粒轻量土配合比。结果表明:轻量土各成分中,EPS掺量和水泥掺量对轻量土密度的影响最大;水泥掺量与轻量土强度之间为正相关关系,与渗透系数之间为负相关关系;EPS掺量和粒径与轻量土强度之间为负相关关系,与渗透系数之间为正相关关系;棉秆纤维的加入改善了轻量土的塑性性能,并使轻量土的渗透性有一定程度的提高。各因素对轻量土强度影响的大小顺序为:水泥掺量>EPS掺量和粒径>棉秆纤维掺量和长度。满足湿陷性黄土地区海绵城市道路建设需求的棉秆纤维EPS颗粒轻量土最优配合比为:黄土∶棉秆纤维(长度9 mm)∶EPS颗粒(粒径0.5～1.0 mm)∶水泥∶水=1 000∶4∶18∶35∶400。     

石灰改性淤泥的抗压和抗剪强度试验研究

对未改性淤泥和石灰改性淤泥进行无侧限抗压强度试验,得到了长期养护90 d和360 d试样的应力应变关系、抗压强度、变形模量和破坏应变。通过固结排水直接剪切试验,得到淤泥固化前后的剪切应力位移关系、凝聚力和内摩擦角。结果表明:石灰的掺入使试样破坏应变明显减小,无侧限抗压强度和变形模量显著增加;石灰掺量达到某种程度后,继续添加石灰并不能改善土体力学性质,反而会引起劣化效果;抗压强度与变形模量之间服从线性关系,抗压强度与破坏应变之间服从幂函数关系;石灰掺量和法向压力变化会诱发试样剪切应力位移曲线发生变化;石灰可有效提高淤泥试样的凝聚力,但对内摩擦角并无显著影响。     

磷尾矿最佳掺量下 EPS 和聚丙烯 纤维改良膨胀土试验

以南水北调中线工程南阳膨胀土为研究对象,在保持含水率20%和干密度1.7g/cm~3不变的条件下,基于磷尾矿最佳掺量为7.5%,分别将EPS颗粒、聚丙烯纤维按不同比例掺入膨胀土中进行无荷膨胀率、无侧限抗压强度和三轴CU试验。试验结果表明:EPS颗粒能有效抑制膨胀土的膨胀性,但会降低膨胀土的强度和延性,当掺量不为0%时,复合改良土应力应变曲线均随围压的增加,由应变软化型向应变硬化型过渡,15%为最佳掺量。进一步分析发现黏聚力和内摩擦角与掺量均呈线性负相关,并得到与掺量有关的抗剪强度公式。聚丙烯纤维对复合改良土抗压强度峰值影响较小,但能提高其延性和残余强度,使土体由脆性破坏转变为塑性破坏。最终得到磷尾矿、EPS颗粒和聚丙烯纤维最佳掺量分别为7.5%、15%、0.4%。     

水泥改性膨胀土的非饱和强度试验研究

改性膨胀土的主要目的是减小膨胀土的膨胀潜势和提高膨胀土的强度。选取南水北调中线工程河南南阳段膨胀土,采用非饱和直剪仪进行素土与水泥改性土控制吸力条件下的直剪试验。试验表明,3%的水泥掺量使得膨胀土的自由膨胀率由51%下降到30%。在不同的基质吸力和竖向压力下素土试样由于结构性遭到彻底的破坏应力应变关系表现为应变硬化特性,而水泥改性膨胀土的应力应变关系表现为应变软化特性。水泥改性在提高膨胀土饱和抗剪强度参数c′、φ′的同时,也使得非饱和抗剪强度参数φb有所增大。试验成果为膨胀土现场水泥改性的设计施工提供了科学的、有价值的依据。     

负温条件下EPS轻质土强度特性试验研究

本文通过三轴试验研究了在不同颗粒掺量(1%、2%、3%)和不同温度条件(20℃、0℃、-10℃、-20℃)下EPS轻质土的强度特性。结果表明,不同掺量的EPS轻质土在不同温度环境下其应力应变关系具有非线性、多阶段性以及软化性和硬化性的特征。土体强度与温度、EPS颗粒掺量及围压有关,黏聚力和内摩擦角均随EPS颗粒掺量的增加而减少,随温度的降低而增大。     

土工袋双轴压缩的离散元数值模拟

鉴于土工袋材料介质不连续性的特点,采用离散元法模拟土工袋双轴压缩试验,从细观角度分析土工袋的力学特性。通过蒙特卡洛随机算法生成一定颗粒级配的土颗粒样本,计算时土颗粒间采用弹簧-阻尼器-滑块接触模型,袋子颗粒间采用皮筋-阻尼器接触模型。计算结果表明:土工袋的极限强度远大于无袋子土体的极限强度,土工袋破坏时的总体变形远大于无袋子土体破坏时的总体变形,且袋子颗粒间的张力呈非均匀分布;土工袋应力-应变的数值模拟结果与理论推导公式计算值吻合较好;竖向外力作用下,土工袋内部颗粒间力链由环状均匀分布向大主应力方向发展,颗粒位移呈对称性向两侧扩散,且袋子破坏是土工袋达到极限强度的直接原因。     

聚丙烯纤维硅粉水泥土力学性质试验研究

在硅粉水泥土中掺加聚丙烯纤维配制试样,进行无侧限抗压强度试验和不同围压下的三轴试验,结果表明:聚丙烯纤维的掺加可以有效提高水泥土体的强度,且土体强度随纤维掺加量的增加而增强;随着围压的提高,水泥土试件的破坏应力和破坏应变均逐渐增大,掺入聚丙烯纤维的水泥土试件在不同围压下的破坏应力均高于同条件下未掺加纤维的试件。     

渭河淤泥再生轻量土强度密度变化规律预测

为了合理利用高含水量淤泥与废弃泡沫塑料,以渭河淤泥为原材料制成轻量土,通过密度试验和无侧限压缩试验,分析密度、无侧限抗压强度与水泥掺量、泡沫塑料掺量、龄期的关系,并建立配方公式。结果表明:轻量土密度主要受泡沫塑料掺量影响,随着泡沫塑料掺量的增加轻量土密度减小,理论密度与实测密度之间误差较小;轻量土的无侧限抗压强度受泡沫塑料掺量、水泥掺量、龄期影响,无侧限抗压强度随着水泥掺量的增加而增大,随着泡沫塑料体积比的增大而线性减小,随着龄期的增加而增大,但龄期60 d以后强度基本稳定;综合考虑密度、强度的影响因素,固定含水量为92.04%和龄期为28 d,利用线性关系拟合法和指数关系拟合法,建立了两种经验配方公式。