基于压汞试验的水泥固化土损伤演化规律研究

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软土是软弱粘性土的简称,主要具有天然含水率高,压缩性大,承载力低,物理状态呈软塑到流塑的特点,在我国有着广泛的分布。随着我国经济建设快速发展的需要,水泥加固土在工程建设中的应用越来越广泛,尤其在上海、大连、深圳等软土地区,超高层大楼以及围海造陆等大型工程越来越多,在这些大型工程中,地基的加固效果对整个工程的质量起到了决定性作用。目前对于水泥加固土的研究主要停留在寻找外在宏观因素对力学性质的影响,如水泥掺入比、龄期、水泥强度等级以及土质组成等因素,却忽略了水泥土的微观结构才是决定力学性质的关键。通过研究发现:相对于土来讲,水泥加固土的应力~应变曲线具有明显的线弹性阶段;而相对于混凝土来讲,水泥加固土在荷载作用下又会产生较大的塑性变形,并且在受力过程中,水泥土的力学特性在不断的变化,因此很难用通常的各种土的本构模型来描述水泥土的变形特性。而损伤力学则很好的解决了这个问题,可以更好的反映固化土的应力-应变关系。本文依托国家自然科学基金项目“水泥加固高有机质含量软土改良方案研究”,将取自连云港地区的软土加入水泥进行固化,以养护28天的固化土为研究对象,根据无侧限抗压试验的应力~应变曲线可知其变形过程可分为四个阶段:裂纹及孔洞的闭合阶段、线弹性响应阶段、微缺陷的稳态扩展阶段以及裂纹贯通非稳态扩展阶段。然后,通过FLAC3D软件对无侧限抗压试验中的试样进行了力学分析,演示了试样的破坏过程,分析了其破坏机理,模拟并解释了实验中的破坏现象。在此基础上对压汞试验所得到的微结构数据进行分析,结合分形理论与前人的研究结果,对试样孔隙区间进行有针对性的划分,进而对试样孔隙进行定量分析,得到了水泥固化土在外荷载下的变化规律:①在裂纹及孔洞闭合阶段,中孔被压缩,小孔隙及微孔隙含量增大;②随着压力的增加,微孔隙含量逐渐减少,试样破坏后由于新的细微孔隙的形成,微孔隙含量大幅增加;③试样中超大孔隙及大孔隙在应力水平较低时变化不明显,当试样变形达到极限时,其含量明显增加。损伤是在一定的载荷与环境下,引起固体材料性能劣化的微结构变化。在对微观结构的研究中发现,微结构的形态与尺寸的改变是损伤的实质,而孔隙率的变化可以很好的反应土体的受力状态以及土体的内部损伤情况,为了更好的从微观角度解释、研究宏观破损机理,本文借助孔隙率来定义了损伤变量,在试验数据的基础上,绘制了损伤变量与应变的关系曲线,在此基础上对原损伤变量的定义进行优化,比较了得到的三种损伤变量—应变的关系曲线以及损伤演化方程后发现,对于同一个损伤场,图像的走向趋势整体是相同的,对拟合得到的损伤演化方程进行对比,最后确定了本文所用的损伤变量与损伤演化方程,为进一步做损伤本构模型的研究奠定了基础。
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