轻量土及其在工程中的应用

轻量土可以分为发泡聚苯乙烯(EPS)块、发泡颗粒混合轻量土、气泡混合轻量土(FCB)和次生材料混合轻量土4种类型.根据其湿密度的不同,又可以将轻量土分为超轻量土、轻量土和准轻量土3个大类.由于轻量土具有轻量性、自立性、流动性、隔热性、耐水性、耐久性等特性,可以大幅度减小上部荷载和土压力.因此,在软土地基、山区陡峻斜坡的路基、桥涵等工程中得到了广泛的应用.在目前的实际设计和施工中,轻量土的设计可以参照国外的有关规程或手册.     

发泡颗粒混合轻量土及其原位力学性质

发泡颗粒混合轻量土是轻量土中的一种,根据需要,可以通过调整发泡颗粒和土的比例来控制混合土的物理、力学性质。本文介绍了发泡颗粒混合轻量土在高速公路桥梁上的另一应用新技术。为了尽量减小隧道开挖的弃碴对桥墩产生的不利影响,在桥墩周围填筑发泡颗粒混合轻量土,以保持原设计桥梁的结构、强度和变形性能。原位试验结果表明,发泡颗粒混合轻量土易于变形,且可极大地减小土的静止土压力,因而可以减小隧道弃碴对桥墩的影响。它作为缓冲材料的应用是成功的,其效果明显。     

气泡混合轻质土试样制备研究

由于气泡消泡的缘故,室内制备和现场浇筑气泡混合轻质土时存在塌陷问题。为分析和解决该问题,以砂土为原料土,开展了不同温差、湿度和掺砂与否条件下3种密度气泡混合轻质土的制备试验,并测定了各试样的高度和强度,基于热力学理论分析了3种因素对试样制备和强度的影响规律。试验结果表明,试样制备时温度与养护温度之间的温差是影响气泡混合轻质土胀缩性的决定性因素,轻质土中的气泡含量越高,受温差影响越大,通过控制温差即可解决塌陷问题;湿度和掺砂与否对气泡混合轻质土的试样制备影响不明显,但是湿度高会延长试样脱模时间以及影响试样的完整性;温差和温度共同影响气泡混合轻质土的早期强度,其中温差主要影响试样密实度,温度主要影响水泥水化反应速率。试验结果可为气泡混合轻质土制备和施工时间点选择提供借鉴。     

气泡混合轻质土路堤最佳浇筑厚度的确定方法

气泡混合轻质土是一种新型的环保岩土材料,已开始作为路堤填料应用。然而至今每层的最佳填筑厚度问题仍未解决。基于研制的一种可用于测量施工期气泡混合轻质土强度沿路堤深度变化的仪器,在给出相应的测试原理和测试步骤,以及确定最佳浇筑厚度判定依据的基础上,通过工程实例的论证,提出了气泡混合轻质土作为路堤填料时最佳浇筑厚度的确定方法。针对现场试验段的工程情况,建议浇筑厚度控制在500 mm以内。该项研究不仅有利于气泡混合轻质土作为路堤填料的施工质量控制,而且为其更广泛地应用提供技术支撑。     

不同含水率条件下EPS颗粒轻量土蠕变特性试验研究

为了得到轻量土路基中央部位在长期荷载作用下的蠕变规律,通过单向固结蠕变试验,分析了不同含水率EPS颗粒轻量土、素土在不同轴向压力下的蠕变特性。研究表明:固定其他因素,轴向压力越大,含水率越高,土样蠕变变形越大。轻量土加载1d基本上可以达到总变形的93%～98%,蠕变变形具有明显的衰减特征。轻量土是一种结构性土体,与素土蠕变机理完全不同。当轴向压力小于压缩屈服应力时,轻量土蠕变变形主要是孔隙闭合、水分的排出、固体颗粒移动的结果;当压力大于压缩屈服应力时,轻量土土样原有结构被破坏,EPS颗粒自身会被压缩。基于土体衰减蠕变特征,本文依据双曲线模型建立了轻量土经验蠕变模型,基本上可以反映路基中央部位轻量土的蠕变规律,经验模型适用于轻量土条件为轴向压力小于土体压缩屈服应力。试验与理论计算分析表明,轻量土固结特性优于素土,路基沉降在施工过程中就可以达到稳定,运营期间的工后沉降基本可以忽略。     

EPS颗粒混合轻量土无侧限抗压强度特性试验研究

为研究EPS颗粒混合轻量土的密度、强度和变形特性,对不同水泥掺量、EPS颗粒掺量、含水率和龄期的轻量土进行密度无侧限抗压强度试验。试验配置轻量土无侧限抗压强度范围为103.2~1359.0 kPa,且随水泥掺量的增大呈指数关系增大的趋势,随EPS颗粒体积比的增大而呈线性关系减小的趋势。在大于最优含水率情况下,含水率越高,无侧限抗压强度越低,两者为指数关系,而龄期的增长能够使得轻量土的无侧限抗压强度呈双曲线增大的趋势。EPS颗粒混合轻量土的应力-应变关系曲线主要表现为应变软化型,含水率和EPS颗粒体积比的增大会使得轻量土的应力-应变关系曲线逐渐向硬化型转化。水泥掺量和龄期的增大能够增强轻量土的脆性特征,增大刚度。而含水率和EPS颗粒体积比的增大则使得轻量土的延性特征增强,刚度减小。研究成果对实际工程应用具有参考价值。     

特征含水率对轻量土基本性质的影响规律

为了研究最优含水率、流动上、下限含水率对轻量土性能的影响,通过密度、无侧限抗压强度试验研究了混合土的工程性质。结果表明：采用流动性指标 控制混合土的流动性基本可行。混合土处于流动性上、下限含水率时,无侧限应力-应变关系曲线几乎重合,流动性上、下限含水率范围内土壤性质较为接近。无侧限抗压强度随含水率增加而衰减,但流动上、下限含水率对应强度差别不大。不管含水率高低,强度随龄期增长,都可以采用双曲线模型进行预测,并且总结了7 d、90 d强度与28 d强度之间的经验关系。当含水率为最优含水率时,混合土基本不收缩;在流动性上、下限含水率范围内,线收缩率范围为1.53%～4.71%,体积收缩率范围为4.53%～13.46%,收缩性受含水率、水泥剂量等因素影响。理想密度模型可以近似预测混合土的湿密度,高含水率时预测值有一定误差,误差范围为3.834%～8.231%。     

封闭气泡对一维积水入渗影响的试验研究

非饱和土体中的部分气体极容易在入渗过程中被封闭在孔隙或裂隙中,形成互不连通的与外界隔绝的封闭气泡。封闭气泡的存在阻碍了水相的流动,使土体的渗透性能降低,从而对土体的入渗速率产生不可忽视的影响。在分析前人研究成果的基础上,结合室内一维积水入渗试验结果,初步探讨了封闭气泡的形成原因,及其对土体入渗性能的影响机制,对研究非饱和土中水气二相流规律有重要指导意义。试验结果表明：积水入渗时,土体中存在封闭气泡,封闭气泡的含量与土性、干密度和初始含水率等有关。干密度越大,封闭气泡占据孔隙空间越大,阻渗作用越明显,干密度相同时,黏性土中封闭气泡对入渗的阻碍作用较砂性土明显;初始含水率较小时,封闭气泡含量相对较大。由于封闭气泡的存在,入渗稳定时的传输区土体含水率只有土样饱和含水率的80 %左右。     

一种气泡轻质土路基受载-破坏模型试验

针对某原型工程采用的新型气泡轻质填土路基,通过室内相似模型试验和UDEC数值模拟相结合分析的手段,研究该气泡轻质土路基在受载-破坏过程中的变形特征和受力破坏机制,得到了该过程中路基内部的应变变化、应力分布以及沉降变形规律等数据。研究表明：该种气泡轻质土路基在受载-破坏过程中,内部老路基首先发生变形,当荷载达到175 kPa后,中层左侧轻质土路基内部最先发生塑性变形直至破坏;轻质土路基与老路基交接处易受老路基沉降变形与轻质土路基破坏变形的共同作用而产生弯剪破坏裂缝,最终导致路基失稳;该气泡轻质土路基受载-破坏模式是一个由内而外的从弹性变形到塑性屈服,最终发生弯剪破坏的过程,即先局部破坏再整体失稳;纵向上老路基的应力传递比轻质土路基小;一定荷载范围（小于100 kPa）内,路基变形程度与路基深度成反比。     

土的电阻率室内测试技术研究

土的电阻率可反映土的组成和结构特征。室内测试是研究土电阻率的主要方法之一。本文在分析影响电阻率因素的基础上,总结了国内外现有土电阻率测试的原理与方法,介绍了作者研制的一种实用土电阻率测试仪,并通过典型试验,论证了该测试仪器的可行性,可以在室内土电阻率测试试验中应用。