浮石粉水泥复合土的固化机理及其力学性能试验研究

论文摘要

水泥土及水泥土桩体被广泛应用于工程实践中,尤其是在软土地基处理、基坑维护、边坡加固、注浆堵水等工程中起到了非常重要的作用,由于水泥土的广泛应用,水泥土外加剂也广泛应用于水泥土中,以适应工程实际中早强、增强、增加抗渗能力等的需要,达到改善水泥土工程特性的目的,然而由于受到土质的地域性差异,掺有外加剂的水泥土工程特性也有很大差别,在工程实践中往往会出现成桩困难、强度不够等问题,使得处理成本大大增加。为此,本文针对内蒙古西部地区特定土质并充分利用当地富集的自然资源,开发研制一种新型建筑材料---天然浮石粉水泥复合土,同时通过室内试验研究了浮石粉水泥复合土的力学特性,分析了其力学性能的演化规律并在此基础上建立了相应的本构模型,这对于水泥土在内蒙古地区的广泛应用有着重要的理论意义和工程实际意义。本文首先对水泥土进行了不同水泥掺量、土料不同原始含水量、不同养护龄期的无侧限抗压强度试验,通过对试验结果分析,找出影响普通水泥土强度的主要因素,试验结果表明:随着水泥掺量的增加水泥土强度呈线性增大。随着土料原始含水量的增加水泥土强度先增大后减小,呈现抛物线型变化。随着养护龄期的增加,水泥土强度增大,两者呈较好的线性关系。通过不同浮石粉掺量、不同水泥掺量、土料不同原始含水量、不同养护龄期下的无侧限抗压强度试验和普通三轴试验,测出不同掺量下的强度值和相应的强度指标。结果表明:水泥掺量16%,浮石粉掺量8%时,在各个养护龄期下试样强度都是最大,并在此基础上确定了本文新型建筑材料的最佳配比。其次,以试验实测的大量试验数据为基础,建立了综合考虑多种因素作用下的适合内蒙古地区土质的普通水泥土和浮石粉水泥复合土的强度预测模型,分别分析了普通水泥土和浮石粉水泥土在单轴状态和三轴状态下的变形特性,并推导了普通水泥土和浮石粉水泥土的应力---应变本构方程。最后,本文结合浮石粉水泥复合土的无侧限抗压试验,采用SEM（扫描电镜）测试手段,利用土的微观结构分析方法对浮石粉水泥复合土的微结构特征进行了分析,在此基础上对浮石粉水泥复合土的固化机理和损伤特性进行了研究,初步得出了浮石粉水泥复合土的损伤演化规律,从本质上研究了浮石粉水泥复合土的强度形成及损伤演化机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图和附表清单
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出和研究背景
• 1.2 水泥土的研究现状
• 1.2.1 国内水泥土的研究进展
• 1.2.2 国外水泥土的研究进展
• 1.3 水泥土的力学性质研究
• 1.3.1 水泥土的强度特性
• 1.3.2 水泥土的应力-应变关系
• 1.3.3 水泥土的破坏特性
• 1.4 水泥土的本构模型研究
• 1.5 水泥土的固化机理研究
• 1.6 选题的意义
• 1.7 本文的主要研究工作及内容
• 1.7.1 本文的主要研究内容
• 1.7.2 本文的主要创新点
• 2 试验材料与方法
• 2.1 主要原材料及其性质
• 2.1.1 试验用土样
• 2.1.2 试验用水泥的材料性能
• 2.1.3 试验用浮石粉
• 2.2 试样的制备及养护
• 2.2.1 试样的制备
• 2.2.2 试件的养护方法
• 2.3 试验方案设计
• 2.3.1 素土试验
• 2.3.2 水泥复合土试验
• 2.3.3 浮石粉水泥复合土试验
• 2.3.4 同一配方不同含水量试验
• 2.3.5 试验仪器
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 无侧限抗压强度试验
• 2.4.2 常规三轴剪切试验
• 2.4.3 SEM 电镜扫描
• 2.5 本章小结
• 3 浮石粉水泥复合土配比试验
• 3.1 引言
• 3.2 浮石的特性
• 3.2.1 浮石的形成
• 3.2.2 浮石的化学组成
• 3.3 试验方案
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 普通水泥土试验
• 3.3.3 浮石粉水泥复合土试验
• 3.3.4 不同含水量浮石粉水泥复合土试验
• 3.4 试验结果分析（以28 天强度为例）
• 3.5 本章小结
• 4 浮石粉水泥复合土的无侧限抗压强度特性
• 4.1 引言
• 4.2 水泥土强度影响因素试验
• 4.3 试验结果的分析
• 4.3.1 普通水泥复合土的试验结果分析
• 4.3.2 浮石粉水泥复合土试验结果分析
• 4.4 强度预测模型的建立及分析
• 4.4.1 普通水泥土强度预测模型的建立
• 4.4.2 普通水泥土强度预测模型的分析验证
• 4.4.3 浮石粉水泥复合土强度预测模型的建立
• 4.4.4 浮石粉水泥复合土强度预测模型的选择
• 4.4.5 浮石粉水泥复合土强度预测模型的验证
• 4.5 本章小结
• 5 浮石粉水泥复合土应力应变非线性本构关系
• 5.1 引言
• 5.2 浮石粉水泥复合土单轴应力应变关系
• 5.2.1 浮石粉水泥复合土单轴应力应变关系曲线
• 5.2.2 浮石粉水泥复合土单轴应力应变曲线本构方程
• 5.2.3 浮石粉水泥复合土单轴应力应变曲线本构方程验证
• 5.3 浮石粉水泥复合土三轴应力应变关系
• 5.3.1 三轴应力一应变全曲线特征
• 5.3.2 三轴应力一应变曲线数学模型
• 5.4 浮石粉水泥复合土三轴应力应变曲线模型参数的确定
• 5.4.1 三轴应力一应变关系曲线的拟合
• 5.4.2 三轴应力一应变非线性本构方程参数的确定
• 5.4.3 三轴应力一应变非线性本构模型的验证
• 5.5 本章小结
• 6 浮石粉水泥复合土的三轴抗剪强度特性
• 6.1 引言
• 6.2 浮石粉水泥复合土的抗剪强度特性
• 6.2.1 浮石粉水泥复合土三轴剪切应力应变曲线
• 6.2.2 浮石粉水泥复合土的莫尔破坏包线
• 6.3 浮石粉水泥复合土试样的剪切破坏形态
• 6.4 本章小结
• 7 浮石粉水泥复合土的微结构及固化机理和损伤特性研究
• 7.1 引言
• 7.2 水泥土微观结构研究的发展
• 7.3 扫描电镜的应用
• 7.4 浮石粉水泥复合土试样微观结构的特征研究
• 7.4.1 浮石粉掺量不同
• 7.4.2 养护龄期不同
• 7.4.3 浮石粉水泥复合土微结构形成过程分析
• 7.5 浮石粉水泥复合土的固化机理
• 7.5.1 水泥的水解和水化反应
• 7.5.2 粘土颗粒与水泥水化物的作用
• 7.5.3 碳酸化作用
• 7.5.4 浮石粉水泥复合土的作用机理
• 7.6 浮石粉水泥复合土损伤演化规律
• 7.6.1 损伤力学基本理论概述
• 7.6.2 浮石粉水泥复合土的损伤特性
• 7.6.3 反复荷载作用下浮石粉水泥复合土的损伤试验
• 7.6.4 浮石粉水泥复合土的损伤演化规律
• 7.7 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者简介