膨胀土水泥改性试验研究

论文摘要

膨胀土作为一种典型的非饱和土,具有显著的吸水膨胀软化和失水收缩开裂特性,它在全世界范围分布较广,对水利、道路等工程建设的危害较大,由于防治困难,膨胀土的工程问题一直以来都受到国内外学术界和工程界的高度重视。南水北调工程由于受膨胀土的胀缩性的影响,会出现浅层滑坡、地裂,新开挖的坑(槽)壁发生坍塌,引起渠道开裂、渗漏等灾害,因此对膨胀土的治理工作十分关键。在一些膨胀土地基处理方法中,通过化学固化剂改良膨胀土,由于其良好的性价比逐渐得到广泛的认可,对其加固机理、设计方法等方面的研究也正在逐步深入。国内外常用化学固化剂有石灰、粉煤灰、水泥等,其中水泥不仅能有效改良膨胀土,而且对于渠道水质的污染较轻,相对其他固化剂更适用于膨胀土渠道工程。本文以南阳地区膨胀土为研究对象,对其加入水泥并进行化学改性实验研究。通过室内物理性质指标实验,得出水泥改性对膨胀土的膨胀性和收缩性等基本物理指标的影响程度,初步判定水泥改性的成果。考虑到应如何控制水泥掺量比,进一步对不同水泥掺量比的改性膨胀土进行物理性质指标实验,对比实验结果,分析得出水泥掺量比对膨胀土改性效果的影响,并从中找出改性土的最佳水泥掺量比。膨胀土作为一种非饱和土,其强度除了受饱和土理论中的粘聚力和内摩擦角影响,还与基质吸力有关。采用非饱和直剪方式进行实验研究,通过控制实验过程中的垂直应力和吸力的大小并加以改变,分析对比吸力对膨胀土强度的影响以及改性土与素土在剪切过程中强度、变形变化的区别。通过以上物理力学实验,分析得出水泥改性膨胀土的结论如下：1.水泥改性土自由膨胀率和收缩系数较素膨胀土都有明显降低,水泥改性中膨胀土的自由膨胀率下降最多达到28%；水泥改性弱膨胀土自由膨胀率下降最多达到17%。水泥改性中膨胀土收缩系数下降多达0.3；2.加大水泥的掺入量能加强膨胀土的改性效果,但当水泥掺量到达一定程度之后,改性效果变化不再明显,改性土的性质随水泥掺量的增大逐渐趋向于稳定。实验得出中膨胀土最佳水泥掺量为6%,弱膨胀土最佳水泥掺量为4%；3.改性土试样剪切强度较素土有了明显的提升。在剪切过程中,改性土的强度变化表现为软化型,存在着应力峰值,而素土强度变化趋于平缓稳定,并未出现明显峰值,表现为硬化型。改性膨胀土的强度主要来源于土体自身的粘聚力、内摩擦角以及水泥强度骨架,吸力对改性土的强度贡献相对较小,而素膨胀土的强度有很大一部分是由吸力的强度贡献值来控制的。由于水泥骨架的存在增大了土体内部的密实程度,改性土在剪切过程中竖向变形均表现为剪胀,而素膨胀土均为减缩。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 膨胀土改性研究现状
• 1.2.1 国内外膨胀土研究历史
• 1.2.2 水泥改良膨胀土机理
• 1.2.3 国内对膨胀土的水泥改性研究
• 1.3 研究的工作内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究工作
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 水泥改性膨胀土物理性质研究及非饱和直剪实验内容
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 土样及其基本物理性质指标
• 2.1.2 水泥基本参数
• 2.2 水泥改性中膨胀土的基本物理性质指标研究
• 2.2.1 水泥改性中膨胀土的击实试验
• 2.2.2 水泥改性中膨胀土的物理性质实验
• 2.2.3 水泥改性中膨胀土无侧限抗压强度性质试验
• 2.3 水泥改性弱膨胀土的基本物理性质指标研究
• 2.3.1 水泥改性弱膨胀土的击实试验
• 2.3.2 水泥改性弱膨胀土自由膨胀率试验
• 2.4 最佳水泥掺量的确定
• 2.5 非饱和直剪实验试样制备方法
• 2.5.1 素膨胀土试样制备
• 2.5.2 水泥改性膨胀土试样制备
• 2.6 非饱和直剪试验仪器的介绍与标定
• 2.6.1 试验仪器
• 2.6.2 试验仪器的标定
• 2.7 非饱和直剪试验内容
• 第三章 水泥改性中膨胀土非饱和直剪试验研究
• 3.1 中膨胀土试样在同吸力不同竖向荷载下的剪切成果及研究
• 3.1.1 中膨胀土剪应力与应变关系曲线
• 3.1.2 中膨胀土抗剪强度
• 3.1.3 中膨胀土剪切过程中的竖向变形
• 3.2 中膨胀土试样在同竖向荷载不同吸力下的剪切成果及研究
• 3.2.1 中膨胀土剪应力与应变关系曲线
• 3.2.2 中膨胀土剪切过程中的竖向变形
• 3.3 改性中膨胀土试样在同吸力不同竖向荷载下的剪切成果及研究
• 3.3.1 改性中膨胀土剪应力与应变关系曲线
• 3.3.2 改性中膨胀土抗剪强度
• 3.3.3 改性中膨胀土剪切过程中的竖向变形
• 3.4 改性中膨胀土试样在同竖向荷载不同吸力下的剪切成果及研究
• 3.4.1 改性中膨胀土剪应力与应变关系曲线
• 3.4.2 改性中膨胀土剪切过程中的竖向变形
• 3.5 中膨胀土试验小结
• 3.5.1 水泥改性中膨胀土与素土抗剪强度对比
• 3.5.2 水泥改性中膨胀土与素土内摩擦角对比
• 3.5.3 吸力对水泥改性中膨胀土与素土强度影响对比
• 3.5.4 水泥改性中膨胀土与素土竖向变形对比
• 第四章 水泥改性弱膨胀土非饱和直剪试验试验研究
• 4.1 弱膨胀土试样在同吸力不同竖向荷载下的剪切成果及研究
• 4.1.1 弱膨胀土剪应力与应变关系曲线
• 4.1.2 弱膨胀土抗剪强度
• 4.1.3 弱膨胀土剪切过程中的竖向变形
• 4.2 弱膨胀土试样在同竖向荷载不同吸力下的剪切成果及研究
• 4.2.1 弱膨胀土剪应力与应变关系曲线
• 4.2.2 弱膨胀土剪切过程中的竖向变形
• 4.3 改性弱膨胀土试样在同吸力不同竖向荷载下的剪切成果及研究
• 4.3.1 改性弱膨胀土剪应力与应变关系曲线
• 4.3.2 改性弱膨胀土抗剪强度
• 4.3.3 改性弱膨胀土剪切过程中的竖向变形
• 4.4 改性弱膨胀土试样在同竖向荷载不同吸力下的剪切成果及研究
• 4.4.1 改性弱膨胀土剪应力与应变关系曲线
• 4.4.2 改性弱膨胀土剪切过程中的竖向变形
• 4.5 弱膨胀土试验小结
• 4.5.1 水泥改性弱膨胀土与素土抗剪强度对比
• 4.5.2 水泥改性弱膨胀土与素土内摩擦角对比
• 4.5.3 吸力对水泥改性弱膨胀土与素土强度影响对比
• 4.5.4 水泥改性弱膨胀土与素土竖向变形对比
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录