水泥土的力学性能试验研究

通过室内抗压试验，研究了不同水泥掺入比下水泥土的力学性能，获得了水泥土材料的应力-应变全过程曲线、棱柱体坑压强度与立方体抗压强度之间的关系。     

纳米硅水泥土工程特性的试验研究

选取纳米硅作为水泥土的外掺剂 ,在大量试验的基础上 ,深入地研究了纳米硅水泥土的强度和变形特性。试验结果表明 ,纳米硅对水泥土强度的增强作用明显 ,对强度而言存在一合理的掺量范围 ,并应用正交试验和方差分析方法定量地分析了各影响因素对强度的贡献大小。最后讨论了水泥土的破坏应变、变形模量等指标与围压、抗压强度间的关系和统计规律     

尺寸和加载速率对冻结水泥土单轴压缩影响

为揭示尺寸效应和加载速率效应对冻结改良土力学特性的影响规律,以冻结水泥改良土为研究对象,开展了不同尺寸与加载速率条件下的单轴压缩试验,通过分析试验数据,讨论了高径比和加载速率对试样强度与变形特性的影响。研究结果表明,高径比影响试样的应力-应变曲线类型及峰值后的变形特性。高径比增加,应力-应变曲线出现明显弹性屈服点,峰后脆性增强,试样破坏形式由劈裂破坏变为单一剪切破坏。试样的抗压强度、切线模量、起始屈服模量、破坏应变随高径比变化均可用抛物线进行拟合,综合考虑,推荐试验宜采用高径比为1.62~2.02的试件。在试验设定的温度和加载速率条件下冻结水泥土的单轴压缩应力-应变关系均为应变软化型。与冻土类似,冻结水泥土的抗压强度与起始屈服强度同样随温度的降低和加载速率的增加而增大。不同温度下冻结水泥土抗压强度与加载速率的关系可用幂函数表示。温度越低,起始屈服强度受加载速率影响越大。温度和加载速率对冻结水泥土切线模量也有较大影响,不同加载速率条件下切线模量与温度呈线性关系。冻结水泥土的破坏应变随温度的降低和加载速率的增加而增大,在1.94%~6.94%之间变化,不同加载速率条件下破坏应变与温度呈幂函数关系。     

水泥土搅拌桩实体强度检测方法研究

对水泥土搅拌桩的实体强度检测进行探讨。指出当前水泥土搅拌桩抗压强度的实体质量检测与室内立方体标准试件强度试验,存在试样的尺寸不统一、不同尺寸试件之间的强度关系不清楚等问题,缺乏使用依据。通过试验研究,分析了不同尺寸和形状的水泥土无侧限抗压强度之间的关系,指出使用圆柱体芯样试验结果直接进行强度评定是可行的,同时给出了获取芯样过程中需要注意的关键问题。     

用于填筑狭小地下空间的流态水泥土材料室内试验研究

用人工拌制的流态水泥土材料填筑狭小的地下空间可以有效解决回填土质量控制难题。对拌制的流态水泥土进行了室内无侧限抗压强度试验和直剪试验,研究了不同水泥掺量、水灰质量比、养护方式、养护时间对水泥土强度的影响,并获取了水泥土材料的变形模量、黏聚力和内摩擦角。用南京典型粉质黏土拌制的水泥土变形模量98.4~112.7 MPa、黏聚力185.54~213.45 kPa、内摩擦角32°~39°,可以有效降低回填区周边的不均匀沉降。     

水泥土工程特性的室内试验与分析

通过室内试验研究了上海地区主要两个软土层的水泥土强度和压缩变形特性，分析了影响无侧限抗压强度的主要因素，验证了预测最终强度的回归公式以及变形模量E50与强度的关系。     

粉煤灰水泥土变形特性实验研究

水泥土中掺入粉煤灰能在一定程度改善其性能,而变形特性是实际工程应用的重要指标。因此,研究粉煤灰和龄期对水泥土变形特性的影响对实际工程具有较大的参考价值。通过粉煤灰掺量为0和8%的水泥土无侧限抗压强度实验,研究发现养护龄期的增长与粉煤灰的掺加有利于水泥土变形模量的增长,尤其是粉煤灰的掺加有利于后期变形模量的增长。进一步对比分析两种粉煤灰掺量时的无侧限抗压强度和平均变形模量,发现它们之间基本上呈线性关系,随后通过拟合得出了它们之间的换算公式。最后,考虑应力-应变曲线模型特征以及对试验数据回归分析,推导出了一定条件下的水泥土应力-应变上升段表达式,为实际工程设计提供参考。     

氯盐和冻融耦合下水泥土的强度和破坏特征

为了研究氯盐侵蚀和冻融循环耦合下水泥土无侧限抗压强度和破坏特征, 进行了不同浓度氯化钠溶液下的水泥土冻融循环试验, 得到了冻融前后的冻融腐蚀因子、 体积变化率和变形模量, 分析了微观结构特征。结果表明： 在氯盐侵蚀和冻融循环耦合下, 水泥土的无侧限抗压强度、 冻融腐蚀因子均随着冻融循环次数的增加而呈现下降趋势; 氯盐浓度越高, 水泥土的无侧限抗压强度、 冻融腐蚀因子下降的幅度越大。随着冻融循环次数的增加, 在同种浓度溶液中, 水泥土的体积变化率增大, 变形模量减小; 氯盐浓度增大, 水泥土体积膨胀变大, 内部结构松散, 抵抗变形的能力减弱。相同冻融循环次数下, 氯盐溶液产生的损伤要大于清水中的损伤, 随着氯盐溶液浓度的增加, 水泥土内部微观结构损伤越严重。     

水泥土单轴抗压强度与波速关系试验研究

介绍了水泥土抗压强度的声波探测技术，研究分析了水泥土单轴抗压强度与纵波速度、横波速度的关系，并对试验结果进行了回归分析。试验结果表明，用声波技术对水泥土的质量进行检测是切实可行的；水泥土的单轴抗压强度与纵波速度、横波速度之间确实存在相关关系；水泥土的单轴抗压强度越高；波速越高；单轴抗压强度为波速的函数，二者呈指数函数关系。     

水泥土芯样强度变形特性及本构关系试验研究

为了研究现场施工工艺下水泥土的强度及变形特性,对水泥搅拌桩钻孔芯样进行了无侧限抗压强度试验与三轴试验,分析了水泥掺量与围压对水泥土芯样强度、变形特性的影响规律。结果表明：随着水泥掺量的提高,水泥土芯样的强度明显增强,变形模量显著增大,但其破坏应变变小,脆性增大;水泥掺量超过18%的水泥土芯样其应力-应变关系表现为软化型,随着围压的提高,其强度增强,破坏应变增大,脆性降低,且应力-应变关系曲线有可能发生转型;不同围压下的水泥土芯样三轴试验先为体缩,后变化为体胀,发生剪胀的应变较破坏应变略小,是由剪切面上颗粒错动引起的,在颗粒错动达到一定程度后抗剪强度才发挥到峰值;水泥土的结构屈服应力比较大,在围压的作用下其胶结结构未发生破损,强度包线满足摩尔-库仑线性强度规律;根据水泥土的强度变形特征,应力-应变全曲线分弹性、塑性、软化3个阶段,可采用Popovics模型对其进行模拟,与试验结果较为吻合。     

侵蚀影响下水泥土的力学性质试验研究

港珠澳大桥拱北隧道地处沿海地区,其地下水与海水相连,隧道基底采用粉体喷射搅拌法和高压喷射注浆法等方法进行加固,加固产生的水泥土在海水侵蚀性离子作用下其强度和稳定性会发生变化,从而对工程安全产生影响。根据上述两种施工工艺,制作内部含侵蚀物质和不含侵蚀物质的两种水泥土试块,配制多种不同浓度的单组分的化学溶液来模拟海水侵蚀环境,将制备的水泥土试块置于侵蚀溶液中进行预定时间的短时（≤28 d）浸泡,通过无侧限抗压试验、电镜扫描以及离子色谱测定,分别得到了单组分侵蚀溶液短时浸泡下水泥土试块无侧限抗压强度、微观结构随侵蚀溶液浓度和侵蚀时间的变化规律,以及侵蚀环境中离子浓度随侵蚀时间的变化规律。基于海水化学成分,配制多种不同浓度的双组分的化学溶液来模拟海水侵蚀环境,将制备的内部含侵蚀物质的淤泥质土水泥土试块置于侵蚀溶液中进行预定时间的长时（≥90 d）浸泡,通过无侧限抗压试验得到了双组分侵蚀溶液长时浸泡下水泥土试块无侧限抗压强度变化规律。试验结果可为临时性及长期性水泥土工程的设计及安全维护提供一定参考依据。     

水泥土在侵蚀环境中的试验研究和等效分析

拱北隧道是港珠澳大桥连接线的重要组成部分,隧道基底采用水泥土加固体处理。在加固体所处的环境中,由于地下承压水与海水相连,海水中所含的侵蚀性离子易对加固体产生一定的影响。通过室内试验和理论推导,研究侵蚀环境下水泥土的力学性能和耐久性。自制水泥土试块并模拟侵蚀环境,水泥土试块在侵蚀环境中浸泡时间分别为90、180、270 d,对浸泡后的水泥土试块进行无侧限抗压试验。试验结果表明：在侵蚀环境的影响下,水泥土试块强度的最大值出现在90～ 270 d之间。浸泡时间超过90 d,氯化镁和氯化钠的混合溶液（MCN）使水泥土试块的抗压强度表现出明显的衰减响应。在低浓度（1.5 g/L和4.5 g/L）条件下,MSN中的硫酸镁与水泥土中的3CaO•2SiO2•3H2O充分反应,使水泥土的抗压强度达到最高值,同比情况下对水泥土的抗压强度损伤最小。在相同的浓度下,氯化镁对水泥土试块的抗压强度影响比硫酸镁大。从化学动力学基本原理出发,基于硫酸镁与水泥水化产物的化学反应过程,推导得出侵蚀性溶液浓度与侵蚀时间之间的关系式(C1/C2)β=t2/t1,即当水泥土被侵蚀后达到同等抗压强度时,侵蚀性物质浓度的反应级数次方与侵蚀时间成反比。根据公式,可以通过较高浓度的侵蚀性溶液对水泥土试样浸泡较短时间条件下的强度试验结果,预测分析较低浓度的侵蚀性溶液对水泥土试样浸泡较长时间条件下的水泥土强度。最后结合试验数据对理论结果进行了验证。     

硫酸侵蚀下水泥土的电阻率特性研究

通过室内试验模拟了水泥土试块受不同浓度硫酸（H2SO4）溶液侵蚀的过程,采用电阻率法研究了电阻率与各参数、无侧限抗压强度之间的关系。结果表明,受H2SO4侵蚀后,水泥土电阻率、孔隙水电阻率、水泥土抗压强度均随着溶液浓度的增加而减小,而水泥土的结构因子和重度均随着溶液浓度的增加而增加,水泥土抗压强度与水泥土电阻率成正比。在试验的基础上,考虑侵蚀因素对水泥土电阻率的影响,通过对Archie法则进行修正,得到了H2SO4侵蚀下水泥土电阻率模型。通过对无侧限抗压强度试验结果的分析,并结合试块表观变化,提出了利用电阻率来评价侵蚀程度的方法。     

硫酸钠对水泥土的强度及微观孔隙影响研究

通过不同含量的硫酸钠水泥土抗压强度测试,分析硫酸钠对水泥土X射线衍射（XRD）物相成分改变的化学反应过程,对比分析经Image-ProPlus6.0（IPP）软件处理前、后的微观扫描电镜试验（SEM）图像,计算放大200倍下SEM图像的孔隙平均直径分布规律,探讨硫酸钠对水泥土宏观强度与微观孔隙的影响规律。结果表明,硫酸钠充分参与了水泥土的固化过程,促进了Ca(OH)2、CaSO4、CaCO3与C-A-S-H等水化产物的生成;水泥土强度随硫酸钠含量增加而增大,在含量等于9g/kg时达到最大值;硫酸钠使水泥土的孔径分布发生改变,放大200倍下水泥土微观图像孔隙率随着硫酸钠含量的增大呈减小趋势;当硫酸钠含量小于9g/kg时,生成的水化产物使水泥土的结构呈现较强的粒状-镶嵌-胶结结构,对强度有利,当硫酸钠含量较大时,水化产物产生的膨胀力大于胶结力,使其强度下降。     

Effect of Cement Type on the Mechanical Behavior of a Gravely Sand

The behavior of a cemented gravely sand was studied using triaxial compression tests. Gypsum, Portland cement and lime were used as the cementing agents in sample preparation. The samples with different cement types were compared in equal cement contents. Three cement contents of 1.5%, 3.0% and 4.5% were selected for sample preparation. Drained and undrained triaxial compression tests were conducted in a range of confining pressures from 25 kPa to 500 kPa. Failure modes, shear strength, stress–strain behavior, volume and pore pressure changes were considered. The gypsum cement induced the highest brittleness in soil among three cement types while the Portland cement was found to be the most ductile cementing agent. In lower cement contents and lower confining pressures the soil cemented with Portland cement showed the highest shear strength. However, in the same range of cement content, the soil cemented with gypsum showed highest shear strength for highest tested confining stress. For higher cement contents the shear strength of soil cemented with Portland cement is higher than that for the two other cement types for the range of confining pressures tested in the present study. The samples cemented with lime had the least peak and ultimate shear strength and the highest pore pressure generation in undrained tests. Contrary to the soil cemented with lime, the brittleness of soil cemented with gypsum and Portland cement reduces in undrained condition. Finally it was found that the effect of cement type on the shear strength of cemented soils is more profound in drained condition compared to undrained state.     

水泥砾质土三轴试验研究

对某水泥砾质土进行了三轴固结排水剪切试验,研究在不同水泥掺入比下水泥砾质土应力-应变关系和强度特性。结果表明：随水泥掺入比的增加,水泥砾质土试样在不同围压下应力-应变关系曲线均表现出不同程度的软化和剪胀现象,尤其在低围压（200 kPa）和高水泥掺入比（8%）下,剪胀性比较明显;在相同水泥掺入比下,峰值强度 随围压的增加近似呈线性增长;与不掺水泥砾质土相比,水泥砾质土的内摩擦角 因掺入不同量的水泥而得到不同程度的提高,黏聚力 随水泥掺入比的增加呈增长趋势,且增幅显著;割线模量 和 均随围压和水泥掺入比的增加而增加。不同高度的心墙堆石坝三维有限元算例的计算结果表明：水泥砾质土作为心墙材料可以显著降低土石坝心墙沉降。     

The behaviour of an artificially cemented sandy gravel

The major section of the city of Tehran, Iran has been developed on cemented coarse-grained alluvium. This deposit consists of gravely sand to sandy gravel with some cobbles and is dominantly cemented by carbonaceous materials. In order to understand the mechanical behaviour of this soil, a series of undrained triaxial compression tests and unconfined compression tests were performed on uncemented and artificially cemented samples. Portland cement type I was used as the cementation agent for preparing artificially cemented samples. Uncemented samples and lightly cemented samples (1.5% cement) tested at high confining pressure showed contractive behaviour accompanied with positive excess pore water pressure and a barrelling failure mode. However, cemented samples and uncemented samples tested at low confining pressure (25 and 50 kN/m²) showed dilative behaviour accompanied with negative excess pore water pressure. Shear zones were formed in these samples and a clear peak in excess pore water pressure and stress ratio against strain could be observed. Test results showed that the limiting stress ratio surface for cemented samples is curved and expands as the cementation and density increase. Unconfined compression strength of cemented samples increases with increases in cementation and density as well.     

普硅水泥和矿渣水泥加固滨海软土效果对比分析

采用室内无侧限抗压强度试验,证明了矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥在加固滨海软土的效果方面存在较大的差异。通过X射线衍射分析,对两种水泥加固软土效果差异的内在机制和原因进行了探讨。结果显示,水泥土的强度与水泥水化产物的生成量之间存在一致性,矿渣水泥加固土可生成更多的水化产物,并能够限制软土中可溶盐对水泥土的影响。     

Triaxial behaviour of a cemented gravely sand, Tehran alluvium

Cemented coarse-grained alluvium is present in a vast area of Tehran city, Iran including its suburbs. This deposit consists of gravely sand to sandy gravel with some cobbles and is dominantly cemented by carbonaceous materials. In order to understand the mechanical behaviour of this soil, a series of triaxial compression tests were performed on uncemented, artificially cemented and destructured samples. Hydrated lime was used as the cementation agent for sample preparation to model the Tehran deposit. The tests were performed on cemented samples after an appropriate time for curing. The tests on cemented samples show that a shear zone appears as the shear stress approaches the peak shear strength. During shearing these samples undergo dilation at confining stress lower than 1000kPa. However, the uncemented and destructured samples show contraction during shearing. Peak shear strength is followed by strain softening for all cemented samples. The shear strength increases with increasing cement content but the influence of the cementation decreases as the confining stress increases. With increasing cementation the stress-strain behaviour of samples tend towards the behaviour expected of high-density soils. Test results indicate that the failure envelope for cemented samples is curved and not linear.