考虑盐度影响的粉煤灰固化软土的力学特性研究

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随着我国经济快速发展,沿海地区修建的各类重要土木工程基础设施逐渐增多。由于软土具有天然含水率大、压缩性高、抗剪强度低,渗透性低等不良工程特性,在实际工程中往往需要进行加固处理。粉煤灰是火力发电厂煤燃烧过程中排出废渣,在我国的年产量超6亿吨,相比水泥等固化材料价格便宜。由于粉煤灰颗粒细小、比表面积大、成分稳定、有一定活性等特点,对软土进行固化改良研究,具有较好的环保意义和工程应用价值。考虑到滨海相沉积的软土往往含有较高的孔隙水盐分浓度,在沉积过程中受到海侵、海退、地表或地下淡水的冲蚀等影响,孔隙水盐分浓度会发生变化,从而引起土体物理力学特性的改变。为了探明盐度对粉煤灰固化软土的力学特性的影响,本文在已有研究的基础上,采用粉煤灰作为固化剂,通过人工制备不同孔隙水盐分浓度、不同养护龄期的粉煤灰固化软土试样,开展一系列室内压缩和强度试验。结合理论分析,探讨盐度和养护龄期对粉煤灰固化软土的压缩和强度特性的影响规律,并揭示其作用机制。研究可为粉煤灰固化海相软土提供试验数据支撑,并为沿海地区海相沉积软土地区的工程建设及软土地基加固提供参考。本文的主要创新之处在于揭示了了盐度对粉煤灰固化软土的力学特性影响机制,主要结论如下:(1)对比未掺加粉煤灰的软土的高压缩性而言,粉煤灰固化土的压缩性明显减少。养护龄期相同时,盐度高的固化土试样的压缩曲线位于盐度低试样的下方,盐度高的压缩曲线更趋于平缓,表明随着盐度的增加,其压缩性逐渐减小。相同盐度时,不同养护龄期的试样的孔隙比均随固结压力增大而减小,无论盐度如何变化,养护龄期高的试样的压缩性均低于养护龄期低的试样,表明养护时间越久,土样的压缩性越低,(2)粉煤灰固化土试样的压缩e-lgp曲线呈现出明显的“二段折线式”特征,以固结屈服应力为分界,屈服前阶段,即固结压力低于固结屈服应力时,土样的压缩性非常小,而屈服后阶段,即固结压力高于固结屈服应力时,压缩性显著增加,屈服前阶段的压缩指数值明显小于屈服后阶段的值,粉煤灰固化土试样的固结屈服应力随孔隙水盐度的增加整体上呈现减小的趋势,盐度越高,屈服应力降低幅度越大。同一盐度下,养护龄期长的土样的压缩曲线位于养护龄期短的压缩曲线的下方,表明养护龄期短的固化土样压缩性要高于养护龄期久的固化土样,屈服前阶段固化土样的压缩指数变化不大,屈服后阶段的压缩指数随养护龄期的增大而减小。(3)掺入粉煤灰可以有效地提高软土的强度特性,盐度和养护龄期对其强度特性呈现出不同的影响规律,盐度相同时,养护龄期长的试样剪应力-剪切位移关系曲线位于养护龄期短的上方,养护龄期相同时,盐度低的试样的剪应力-剪切位移曲线均位于盐度高的曲线的上方。抗剪强度随盐度的增加呈现近似线性降低的趋势,表明盐度的增加削弱了粉煤灰的固化效果。盐度相同时,粉煤灰固化土的抗剪强度随养护龄期的增加呈现增大的趋势,从3h变化到7d时增幅比较显著,7d到28d龄期内增幅变缓。(4)随着盐度的增加,各个养护龄期下粉煤灰固化软土试样的黏聚力和内摩擦角均呈现出近似线性的降低趋势,且养护龄期长的试样黏聚力和内摩擦角随盐度的变化曲线位于养护龄期低的上方。同一盐度下,粉煤灰固化软土试样的黏聚力和内摩擦角均呈现出增加的趋势,在养护龄期达到7d时,黏聚力和内摩擦角有了明显的提高,而当养护龄期逐渐增加至28d时,黏聚力和内摩擦角的增幅变缓。(5)粉煤灰固化软土试样的轴向应力-轴向应变关系呈现出应变软化的特性,轴向应力随着轴向应变的增加迅速达到峰值后缓慢减少,达到峰值所对应的轴向应变在5%左右。养护龄期相同时,盐度高的试样的轴向应力应变曲线位于盐度低的下方,固化土的无侧限抗压强度随着盐度的增加呈现出线性减少的趋势,表明盐度对粉煤灰固化土的强度具有负面影响;盐度相同时,养护龄期高的试样的轴向应力应变曲线位于养护龄期低的上方,固化土的无侧限抗压强度随养护龄期的增加而增大。
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