EPS颗粒混合轻质土反复荷载下变形和阻尼特性

通过反复荷载三轴剪切试验研究了EPS颗粒混合轻质土在反复荷载下的变形和阻尼特性,分析了不同围压、不同水泥掺入比及不同土质条件下轴向累积应变、回弹模量及阻尼比随轴向总应变的变化规律。结果表明：轴向累积应变与轴向总应变呈线性关系,与轴向总应变的比值较大,且在不同条件下基本不变;回弹模量随围压和水泥掺入比的增大而增大。在一定的围压和水泥掺入比下,当应变小于8%时,砂土EPS颗粒混合轻质土的回弹模量大于淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的回弹模量;当应变大于8%时,情况相反。回弹模量与轴向总应变的关系曲线可用递减的幂函数来拟合;EPS颗粒混合轻质土的阻尼比随轴向总应变的增大而增大,随围压和水泥掺入比的增大而减小,砂土EPS颗粒混合轻质土的阻尼比小于淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的阻尼比,但以上变化和差别都非常小,阻尼比基本保持为一常数。     

固化淤泥重塑土力学性质及其强度来源

对不同水泥掺加量的固化淤泥及其重塑土进行了无侧限抗压强度试验和直接剪切试验,并对固化土和重塑土的应力-应变关系曲线、无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角进行了比较分析。结果表明：随着水泥量和龄期的增加,固化淤泥的脆性增强,塑性减弱;重塑土的应力-应变关系受水泥量和龄期的影响不大,随着应变的增加,应力增长缓慢,塑性变形非常大。固化土的无侧限抗压强度、黏聚力均随着水泥量和龄期的增加而增大,而内摩擦角则有减小的趋势。重塑土相对于原状土无侧限抗压强度和黏聚力都有较大程度的折减,并且水泥量和龄期越大,折减越多;内摩擦角随着水泥量和龄期的增加有小幅度提高。重塑土强度主要来源于破碎固化土团间的摩擦和咬合作用,因此,在固化淤泥重塑土的实际工程应用中,初始固化土的处理强度不应太高。     

砂土EPS颗粒混合轻质土的物理力学特性

对以砂土为原料土、以水泥为固化材料的EPS颗粒混合轻质土进行了一系列室内试验。结果表明：压实条件和含水率对其密度和强度有很大的影响,存在适宜压实次数和最优含水率;对施工含水率对其应力-应变关系的影响进行了分析,得到在水灰比一定的情况下强度与水泥的添加量的线性关系。     

武汉东湖淤泥早强固化试验研究

利用传统淤泥主固化材料水泥与辅助固化材料粉煤灰和石膏,通过组合配比对武汉东湖疏浚淤泥分别进行固化,基于无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验,确定不同材料组合及配比下淤泥固化强度和特点。试验研究表明：在疏浚淤泥固化过程中水泥占主导地位,对固化效果影响最为显著;粉煤灰起到的作用相当于降低了淤泥初始含水率,表现在固化淤泥早期强度的快速提高;石膏有利于固化淤泥早期强度的形成,其作用持续于整个淤泥固化过程。随着含水率的增大,单纯水泥固化淤泥试样的应力-应变关系曲线由应变软化逐渐过渡到应变硬化模式,围压对固化淤泥强度的影响程度也随着含水率的增大而逐渐减弱,辅助固化材料的添加使原单纯水泥固化淤泥的应变硬化型曲线变为应变软化模式。不同含水率东湖疏浚淤泥固化材料最佳配比为水泥掺入比20%,粉煤灰为3倍的水泥量,石膏为30%的水泥量,该研究成果有助于武汉东湖底泥的治理以及疏浚淤泥排放场地的地基处理和环境整治。     

复合型早强土壤固化剂固化淤泥强度特性研究

淤泥是一种工程性质极差且难以快速固化的土体,通过无侧向抗压强度试验、固结排水三轴剪切试验、微观测试和压汞试验等研究了复合型早强土壤固化剂（composite rapid soil stabilizer,CRSS）固化淤泥的强度发展规律和固化剂掺量对强度的影响,初步探讨了强度增长的微观机制。研究结果表明：CRSS固化淤泥强度随养护龄期呈对数发展规律提高,早期强度发展迅速,养护1 h无侧限抗压强度即可达到3 MPa;随固化剂掺量增加,固化淤泥三轴剪切应力-应变曲线由应变硬化型逐渐向应变软化型发展,破坏偏应力和黏聚力呈线性增大。微观结构表明固化剂水化产物可胶结土颗粒、填充土体孔隙,增强土体整体性;压汞试验结果则进一步通过最可几孔径的联系揭示了固化淤泥黏聚力随固化剂掺量增大而线性增大的机制。CRSS固化淤泥具有显著快硬高强优势,可为抢险救灾、应急道路抢通等淤泥快速固化应用提供理论基础。     

钙质土的剪切特性试验研究

钙质土因其颗粒形状不规则、易破碎、高孔隙比等特征,其力学性质较为特殊。采用室内大型直接剪切试验设备,对取自南海珊瑚礁和三亚岸礁的粗颗粒钙质土进行了直剪试验,研究了粗颗粒钙质土在不同含水率、不同密度和不同矿物组成条件下的钙质土剪切特性。结果表明,粗颗粒钙质土表现出与常规无黏性土截然不同的力学性质,即（1）与石英砂相比,表观黏聚力较大,内摩擦角较高,软化性较弱;（2）表观黏聚力随着平均粒径的增大而增大,内摩擦角随着干密度的增大而增大;（3）与峰值强度相比,土体剪切破坏后其残余强度的表观黏聚力锐减而内摩擦角仅略有减小。研究成果可为岛礁工程建设提供借鉴,也可为其他粗颗粒土的研究提供参考。     

轻质土密度、强度与材料组成的关系研究

论述了轻质土试样的制备方法,对轻质土密度、无侧限抗压强度与材料组成之间的关系进行的研究表明：密度主要受到EPS颗粒添加量的影响;无侧限抗压强度主要受到水泥添加量、EPS颗粒添加量的影响。在此基础上给出了适合于工程应用的轻质土的配方公式。     

EPS颗粒轻质混合土的蠕变模型研究

EPS颗粒轻质混合土是一种新型轻质填土材料,相比EPS泡沫块体,具有更广泛的应用前景。EPS颗粒轻质混合土的基本物理及力学性质已得到了较多的研究,但其蠕变特性研究较少。通过不同围压下EPS颗粒轻质混合土的三轴不排水蠕变试验,采用三种常用的经验模型：Singh & Mitchell模型、Mesri模型和Findley模型对EPS颗粒轻质混合土的蠕变变形进行模拟,结果表明：Singh & Mithcell模型和Mesri模型能反映蠕变趋势,但是不能拟合应变初始快速上升段,用来描述EPS泡沫块体的Findley模型在应力水平较高时,拟合效果最好,某种程度上说,EPS颗粒轻质混合土的蠕变性与EPS泡沫块体相似。推导出了一种新的半经验半理论蠕变模型,用元件模型描述弹性变形部分,用经验模型描述塑性变形部分,拟合结果表明,不管应力水平的高低,新推蠕变模型都不仅能够很好地反映EPS颗粒轻质混合土的初始快速上升段变形,也能够比较准确地拟合长期变形,即蠕变性。     

固化轻质土在干湿循环及大变形条件下力学特性研究

为了研究在多变自然气候环境影响下新型土工材料——固化轻质土的力学特性,以自行研制的固化轻质土为研究对象,通过控制含水率变化模拟干湿循环作用,研究不同密度固化轻质土强度随干湿循环次数变化的规律。利用GCTS环剪仪对不同密度的固化轻质土分别进行单级剪切、多级剪切和预剪切3种不同形式的环剪试验,分析固化轻质土抗剪强度指标c,φ值以及残余强度在不同剪切方式下的变化规律。结果表明:在干湿循环作用下,固化轻质土的抗剪强度在剪切初期明显下降,随后趋于稳定,土体密度越大,龄期越长,衰减趋势越小。对固化轻质土孔隙率测试表明,土孔隙率随着干湿循环次数的增加呈现出先增大后趋于平缓的变化趋势,从内部机理上解释了强度的变化规律。在大变形条件下,多级剪切形式下土体残余抗剪强度最大,预剪切次之,单级剪切最小。同种剪切方式下固化轻质土的残余抗剪强度与密度和法向应力成正比。     

疏浚淤泥固化土的压缩特性与结构屈服应力

河道疏浚拓宽以及港口新建扩建等不可避免地产生大量疏浚淤泥,如何处置大量废弃淤泥是工程界关注的一个重要研究课题。固化方法是目前处理疏浚淤泥的常用方法,其目的是将废弃淤泥处理成土工材料加以利用。处理后的淤泥固化土作为工程建设用土必须考虑其工程力学性能。为了研究疏浚淤泥固化土的压缩性状与结构屈服应力,进行了多组不同配比下淤泥固化土的压缩试验。通过室内一维压缩试验,研究了高含水率疏浚淤泥固化土的压缩性状,探讨了固化材料掺量、初始含水率、龄期等对固化土压缩变形特性和结构屈服应力的影响。压缩试验结果表明:与许多天然沉积结构性土及水泥土类似,疏浚淤泥固化土的压缩曲线均存在一个明显的结构屈服点。当上部荷载小于结构屈服应力之前,固化土的压缩性很小; 一旦上部荷载超过结构屈服应力之后,固化土的压缩性急剧增大。分析了淤泥固化土结构屈服应力的影响因素,并将由一维压缩试验得到的结构屈服应力(Py)与由无侧限抗压试验确定的抗压强度(qu)进行了比较,给出了两者之间的定量关系。疏浚淤泥固化土在屈服前后的压缩性状差异很大,这一研究成果对工程应用很有指导意义,当上部荷载较低时,可以充分利用其屈服前的低压缩性,但应确保上部荷载不能超出其结构屈服应力,以避免固化土在缺乏预兆的情况下发生突然破坏。     

轻量砂变形及强度特性三轴试验研究

通过三轴试验系统研究了新型土工材料--轻量砂的变形及强度特性。结果表明,不同的配比、龄期使轻量砂具有不同的原生结构强度,围压使不同原生结构强度的土样处于剪胀或剪缩状态,导致发生应变硬化、应变软化以及相应状态下孔压的3种对应形态变化。变形模量随EPS（发泡聚苯乙烯）球粒掺入比的增大而线性减小,随水泥掺入比、龄期增大而线性增大,相同配比的土样变形模量与围压关系不大;三轴抗压强度随EPS球粒掺入比增大而呈负指数关系减小,随水泥掺入比、龄期、围压增大而线性增大,存在水泥掺入比阀值;土骨架转换效应对于土样强度的影响很大,造成了土体单轴、三轴抗压强度分带,高水泥掺入比能够大大弱化EPS颗粒的土骨架效应。结合前人成果,系统地研究了轻量砂密度、无侧限抗压强度的影响因素,引入材料学中比强的概念,提出了单价比强图结合配方公式的方法,对轻量土砂进行配方优化。分析了轻量土砂应力-应变关系转型问题,提出采用无侧限抗压强度来表征不同配比、龄期轻量土砂的原生结构强度。通过试验与数理统计,建立临界围压与原生结构强度的关系,为数值模拟计算与建立本构模型奠定了基础。     

吸附离子对粉质粘土及改良土特性的影响

利用疏浚土有机质含量高、吸附能力强和低渗透性等特点,探讨将其作为填埋场黏土衬垫改性材料的可能性。针对粘土垫层所关心渗透性及强度两个基本问题,比较了粉质黏土、改良土（粉质黏土添加疏浚土）吸附离子前后的变化。吸附K+、Cu2+后粉质黏土、改良土的渗透系数随着土中离子含量的增加而增大,但对改良土渗透系数的影响要小于粉质黏土;吸附离子后,粉质黏土摩擦角增幅不大,黏聚力有较大增长,而改良土的黏聚力增长较少,摩擦角增长较快。总体而言,添加一定量的疏浚土能改善吸附离子对黏土垫层的影响。采用SEM电镜试验拍摄了离子吸附前后土体微观结构的变化,并从扩散双电层理论出发,解释了吸附离子对粉质黏土及改良土的影响。     

振动频率对LCES动力特性的影响分析及其机理初探

通过室内动三轴试验研究了0.02 Hz,0.1 Hz,1.0 Hz 3种振动频率对黏土与EPS颗粒混合轻质土（LCES）动力特性的影响。结果表明,振动频率对LCES的动力特性有明显的影响,当振动频率在0.02~1.0 Hz范围内变化时,随着振动频率的降低,试样的轴向动应变和阻尼比增大,动强度和动模量减小。和小频率加载相比,大频率加载情况下的孔压发展较慢,即有效应力相对较大,所以动应变越小而动强度越大。最后,从平均加载速率的概念出发,讨论了振动频率对土动力特性的影响。     

中国南海岛礁吹填珊瑚砂剪切力学特性

珊瑚砂作为一种特殊的生物碎屑沉积物,我国南海广泛分布,其具有多孔、非均质、非连续等工程特性,作为填岛的材料和工程建设的基础,吹填珊瑚砂的力学特性是珊瑚岛礁工程研究的关键科学问题。中国南海降雨量大,吹填珊瑚砂渗透性好,工程荷载高,含水性和高荷载对于吹填珊瑚砂剪切力学特性的影响非常显著。利用自主研制的土石混合体大型剪切力学试验机,采用中国南沙某岛礁吹填珊瑚砂,在级配和组分分析的基础上,研究不同密实度、含水量条件下高轴向荷载珊瑚砂的剪切力学特性,通过试验结果分析得出如下结论:(1)含水量增加导致吹填珊瑚砂抗剪强度减小,呈负相关关系;密实度增加引起抗剪强度增加,呈正相关关系;(2)含水量对吹填珊瑚砂内摩擦角影响显著,呈负相关关系,含水量大于10%,内摩擦角降低较小;密实度90%时,含水量大于5%,黏聚力降低较小;(3)密实度对吹填珊瑚砂的黏聚力影响规律不明显,密实度对内摩擦角影响较显著,当含水量大于5%时,随着密实度的增加内摩擦角显著增大;(4)在高荷载条件下,含水量和密实度对吹填珊瑚砂抗剪力学特性影响较为显著,含水量小、密实度大的吹填珊瑚砂抗剪特性最强,对于岛礁填岛工程设计及场地条件改性具有指导意义。     

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。     

黄河三角洲粉质土海床临界起动切应力影响因素研究

在黄河口潮滩和室内环形土槽模拟新沉积的海床土体,观测固结过程中沉积物临界起动切应力的变化及对应的土体重度、含水率、贯入阻力、剪切强度指标值的变化,分析黄河三角洲粉质类土临界起动切应力的影响因素与变化规律。研究发现：黄河三角洲粉土的临界起动切应力与重度、贯入阻力和抗剪强度之间呈正相关关系,而与含水率呈负相关关系,并且与干密度、抗剪强度之间具有非常好的定量关系。将黄河三角洲粉土临界侵蚀切应力的试验结果与其他学者建立的计算公式进行了比较,发现在固结开始试验与计算结果间的吻合性较好,随着固结时间差异性变大,表现出黄河口粉质土的独特性。     

固化淤泥三轴试验研究

对不同水泥掺加量固化淤泥进行了固结不排水(CU)三轴剪切试验,对固化淤泥的破坏模式和抗剪强度参数进行了分析。试验结果表明：应力-应变曲线随着水泥量增加由理想弹塑性向应变软化型转变;当水泥量为50 kg/m3时,随固结压力的增加应力-应变曲线有理想弹塑性、应变软化和应变硬化三种类型;当水泥量高于100 kg/m3时,试样都呈脆性破坏模式。淤泥经水泥改良后成为一种结构性土,固结压力在小于试样结构屈服应力时对抗压强度影响不大。有效粘聚力随水泥量的增加呈较大的增长趋势,而有效内摩擦角分布在32o~42o,表明水泥固化淤泥的作用主要是提高土颗粒间的胶结,而填充孔隙的作用较弱。