复合土壤胶结料在路面基层稳定土中应用的试验研究

论文摘要

国外土壤固化技术应用较为普遍,日本、美国、加拿大、澳大利亚、南非和欧洲都有专业的固化剂研究应用单位。采用土壤固化技术,可使原来松散的土体经胶结固化后,具有固定的整体强度和良好的特性。本论文研究的新型固化材料复合土壤胶结料又名“固土王”,是一种可在一些特定场合下代替水泥,直接作用于各种土壤和天然泥砂石的混合料的材料,可以对泥砂石、粉砂、风积砂、粘土、杂填土等进行胶结固化处理。由于该产品利用了粉煤灰等工业废料,具有经济、环保等特点,得到了国家相关部门的鼓励和支持。在砂石较为缺乏的地区,在某些特定的工程条件下应用土壤固化技术是一种较为经济可行的工程手段。本论文运用均匀设计安排试验,即在给定试验条件下,采用均匀设计表及其使用表来确定试验配合比,可以达到通过尽量少次试验,取得最佳配合比的目的。选取试验的因素作为变量利用SPSS软件对抗压强度进行回归分析,得到回归方程。试验研究了复合土壤胶结料固化土壤的性能,探索了材料对强度特性影响规律,求出给定试验条件下强度的最优值。同时应用人工神经网络对复合土壤胶结料稳定风积砂的无侧限抗压强度进行预测,预测结果有较高的精度,并利用有限元软件ANSYS进行模拟,最终经过分析得出复合土壤胶结料稳定风积砂做路面基层是可以达到工程要求。此项研究成果具有推广应用价值,为进一步开发土壤固化类材料,满足各种工程要求,提供了重要依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 复合土壤胶结料的研制背景
• 1.3 土壤固化类材料的种类及在国内外研究和应用
• 1.3.1 国内外土壤固化剂的研究发展现状
• 1.3.2 土壤固化剂的研究与应用
• 1.4 选题意义
• 1.5 论文研究内容
• 2 原材料性质分析及试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 风积砂的性质
• 2.2.1 风积砂的物理性质
• 2.2.2 风积砂的组成
• 2.2.3 风积砂的颗粒分析试验
• 2.2.4 风积砂液塑限试验
• 2.3 复合土壤胶结料的性质分析
• 2.3.1 复合土壤胶结料的组成
• 2.3.2 复合土壤胶结料的性质
• 2.4 水泥的性质分析
• 2.5 粘土的性质
• 2.5.1 粘土的液塑限试验结果
• 2.6 碎石的性质
• 3 复合土壤胶结料的性能试验
• 3.1 复合土壤胶结料对风积砂的固化试验
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验方法
• 3.2 稳定土的击实试验
• 3.2.1 主要仪器设备
• 3.2.2 试验设计
• 3.2.3 试验过程
• 3.2.4 试验结果
• 3.3 稳定土的无侧限抗压强度试验
• 3.3.1 主要仪器设备
• 3.3.2 无侧限抗压强度试验步骤
• 3.3.3 试验准备
• 3.3.4 固化土受压破坏过程描述
• 3.3.5 试验结果
• 3.3.6 固化风积砂的应力应变特性
• 3.4 其他试验
• 3.4.1 密度试验
• 3.4.2 抗剪强度指标
• 3.4.3 抗压回弹模量
• 3.4.4 水稳定性
• 3.4.5 复合土壤胶结料固化风积砂的抗冻融性
• 3.4.6 复合土壤胶结料固化风积砂土的抗渗性
• 3.5 复合土壤胶结料对粘土的固化试验
• 3.5.1 试验材料
• 3.5.2 试验方法
• 3.5.3 试验过程
• 3.5.4 复合土壤胶结料固化粘土的性能试验
• 3.6 对比试验
• 3.6.1 水泥固化风积砂的无侧限抗压强度试验
• 3.6.2 水泥、复合土壤胶结料固化风积砂抗压强度对比
• 3.6.3 试验结论
• 3.7 复合土壤胶结料固化土壤的机理
• 3.7.1 土壤固化剂的固化机理
• 3.7.2 复合土壤胶结料各组分的作用机理
• 3.7.3 复合土壤胶结料固化土壤机理总结
• 4 利用均匀设计研究路面基层稳定土室内配比试验
• 4.1 试验设计
• 4.1.1 试验设计的产生
• 4.1.2 试验设计方法
• 4.2 均匀设计理论
• 4.2.1 均匀设计简介
• 4.2.2 均匀设计表
• 4.2.3 均匀设计表的特点
• 4.3 利用均匀设计安排试验
• 4.4 复合土壤胶结料固化掺有碎石的风积砂的性能试验
• 4.4.1 路面基层稳定土的击实试验
• 4.4.2 路面基层稳定土的无侧限抗压强度试验
• 4.4.3 试验数据的回归与优化
• 4.5 对比试验研究
• 5 基于神经网络的路面基层稳定土的无侧限抗压强度预测
• 5.1 神经元模型
• 5.2 神经网络的组成
• 5.3 BP 神经网络模型
• 5.4 BP 网络的学习算法
• 5.5 神经网络在无侧限抗压强度预测中的应用
• 5.5.1 网络相关变量的确定
• 5.5.2 网络结构的确定
• 5.5.3 网络的训练与预测
• 5.6 结论
• 6 基于 ANSYS 的路面结构模拟
• 6.1 有限元方法
• 6.2 有限元方法的优缺点
• 6.2.1 有限元法的优点
• 6.2.2 有限元法的不足之处
• 6.3 有限元计算软件 ANSYS 简介
• 6.3.1 ANSYS 概况
• 6.3.2 一般问题的分析步骤
• 6.4 Drucker-Prager（DP）材料介绍及其计算准则
• 6.4.1 DP 材料介绍
• 6.4.2 DP 材料的计算准则
• 6.5 应用 ANSYS 建立路面结构分析模型
• 6.5.1 理论体系与荷载
• 6.5.2 典型路面结构
• 6.5.3 单元划分及边界条件
• 6.6 路面结构的有限元分析结果
• 6.6.1 路表弯沉值
• 6.6.2 路表弯沉规律分析
• 7 结论与展望
• 7.1 论文结论
• 7.2 本文的不足
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 读硕士学位期间公开发表的学术论文及科研成果