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粉煤灰改良膨胀土的动强度试验研究
第30卷增刊
2010年9月
防灾减灾工程学报
JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineering
V01.30Suppl.
Sep.2010
粉煤灰改良膨胀土的动强度试验研究。
兰常玉,薛
鹏,周俊英
(辽宁工程技术大学土木与交通学院.辽宁阜新123000)
摘要:
环境污染以及矿物资源的枯竭等因素强烈地激发了粉煤灰利用的研究和开发。
粉煤灰改良作为地基的一种处理方法.越来越广泛地应用于公路路基的建设中。
随着车辆速度的提高、车辆荷载的增加。
动栽对路基的影响引起人们的关注.本文以粉煤灰改良的膨胀土为研究对象,通过压实非饱和试件的动三轴试验.考察了粉煤灰掺入量确定的条件下,循环次数、动荷大小、围压等对土体动强度的影响。
由试验结果绘出振次一轴向应变、动强度破坏振次关系曲线.结果表明:
粉煤灰改良的非饱和膨胀土没有显著的屈服特征,可采用常规应变标准对应的振次作为破坏振次.
关键词:
粉煤灰;膨胀土;非饱和;动强度;动三轴中图分类号:
TU443
文献标识码:
A
文章编号:
1672—2132(2010)增刊一0079—03
性质存在明显区别。
随着车辆速度的提高、车辆荷载
0
引言
膨胀土是一种对环境的湿热变化极为敏感的高
的增加,改良膨胀土路基的动力学性质愈发引起人们的关注。
本文以粉煤灰改良的膨胀土为研究对象,通过压实非饱和试件的动三轴试验,考察了粉煤灰掺人量确定的条件下,循环次数、动荷大小、围压等对土体动强度的影响。
塑性粘土,浸水前后工程性质会发生显著变化,如刚度系数可以降至浸水前的2/3左右c¨。
这对于膨胀土地基有着非常严重的破坏性,因此工程中常用掺入水泥、石灰、粉煤灰等方法来降低或消除其这种胀缩特性。
膨胀土的静态力学性质会随着掺入剂含量的变化而呈现一定的规律性[2]。
掺人粉煤灰可增大击实含水率范围,改善土体的水稳定性[3],其活性指数、胀缩性指标也会随掺灰率的增加而降低C4:
1。
在工程实践中,也有人利用石灰、粉煤灰混合料改良膨胀土,经混合料改良的膨胀土,液限、塑限比膨胀土的大,应力应变曲线呈软化型,粘聚力增大但内摩擦角减小[5],强度指标随着石灰掺量的增加而增加[6]。
掺入剂含量对膨胀土的动态力学性质也有着重要的影响。
由于车速变化所引起的路基弹性变形较小[7],因此路基土体动强度研究主要集中在载荷循环效应上。
在循环载荷作用下,掺人剂含量和压实系数是影响改良膨胀土临界动应力的决定性因素[8】。
粘滞系数随粉煤灰含量的增加呈减小趋势,内摩擦角呈略微增加的趋势[9]。
综上所述,粉煤灰改良膨胀土的静态、动态力学
・收稿日期:
2010-06-22;修回日期:
2010—07一01
1动三轴试验
试验用土样取自辽宁黑山,土体呈褐色,原状土处于半坚硬状态,环刀所取土样经蜡封后用于基本土工试验。
运回后根据《公路土工试验规程》测定原状土的物性指标,其结果见表1。
表I原状土物性指标
粉煤灰来源于火力发电厂的废灰,它的主要化学组分为SiO:
、Al。
O。
、Fe。
O。
等,因其来源广泛、造价低廉,被广泛地应用于混凝土工程、公路路基工程中。
膨胀土中掺入粉煤灰以改善土体的工程性质,是一种常用的工程措施。
作者简介:
兰常玉(1972一),男,博士研究生。
主要从事岩土工程方面的研究。
Email:
lanchangyu2018@163.COLD.
防灾减灾工程学报第30卷
试验用粉煤灰取自阜新发电厂,各项性能见表2。
根据文献[4]中的结论,选择粉煤灰的最佳质量掺入率为lO%,即粉煤灰质量与干土质量之比为1:
9。
将粉煤灰与干土按比例均匀混合后,以原状土的含
水量(20.5%)为标准制备土样,搅拌均匀后闷料
24
h。
经闷料处理的土样按每层厚度20mm分层击
实,击锤重2kg,自由落下高度300mm。
最后制成的试件尺寸为西30mm×80
mm。
表2粉煤灰特性
影响土体动强度的主要因素包括土体性质、土体所处静应力状态和动荷特征3个方面。
其中土体性质是影响动强度的最主要因素,表现在土的粒度、密度、结构和含水量等几个方面。
对于不饱和土体,快速加荷与慢速加荷所得的动强度相差不大,故动
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三轴试验中振动频率采用10
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静应力状态对动强度的影响主要体现在静应力水平和动静应力比2个方面。
轴向静应力愈大,相同破坏振次条件下所需的动应力愈小;侧向应力越大,相同破坏振次条件下所需的动应力也越大,试验中初始静应力以=0。
为考察围压对动强度的影响,在动三轴试验中,土样在围压d3=100、200、300种情况下进行动强度测试。
影响动荷对土体动强度的因素主要有动荷水平、循环次数、频率以及波形等。
其中动应力水平是关键因素,若动应力较小,则动荷在破坏面上将只引起剪应力大小的变化,而不会引起剪应力方向的变化,这种情况通常被称为“单向应力循环”;若动应力水平较高,土体内部拉、压2种应力状态会交替出现,也就是破坏面上的剪应力大小发生变化的同时,方向也会不断改变,这种情况被称为“双向应力循环”。
在均压条件下试验得到的动强度最小。
由于循环动荷的波形和频率对动强度试验结果的影响并不明显,且对于粘性土,频率低于100其结果见图1和图2。
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图2内一IgⅣ曲线
注:
口3为围压,单位:
MPa
的增长速率越大。
如图中动应力crd=1.26MPa所对应的曲线,只经历5次振动,土体就发生破坏;而当动应力减小至九一0.89MPa时,土样达到破坏标准所需振次接近100次,随着动应力减小,土样达到破坏标准所需振次快速增大;至ad----0.5MPa时,土样达到破坏标准所需振次接近1000次。
当动应力较小时,曲线的屈服特征有所显现(如
crd=0.5
时,动强度几乎没有差别,故试验中采用三角波形。
2试验结果分析
从试验结果可以看出,粉煤灰改良膨胀土的动应变£d与振次Ⅳ之间的关系不存在明显的规律性,图像中也没有明显的屈服点,在一定的动应力下,试件的轴向应变随振次的增加而增大。
当动应力较大时,两者接近线性变化规律,动应力越大,轴向应变
MPa),轴向应变首先随振次的增加而缓慢
增大,接近于线性变化;当振次增大到100次左右时,应变增长速率明显增大。
动应力越小,试件达到破坏应变所需的振次越多,但由于没有显著的屈服
增刊兰常玉等:
粉煤灰改良膨胀土的动强度试验研究
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特征,故可采用常规应变标准对应的振次作为破坏振次。
我国《地基动力特性测试规范》规定,土体动强度破坏标准可取土样的弹性应变与塑性应变之和为0.05,也可根据地基的实际情况和重要性在0.025"-0.1的范围内取值。
粉煤灰改良膨胀土的动强度随振次的增加而缓慢减小,围压不同,其对应的变化规律亦不同。
随着围压的增大,土体的动强度增大,趋于稳定时的动强度值也高于较小围压。
3
结语
粉煤灰作为工业废渣广泛分布于我国各个城市
的火力发电厂之中,储量非常巨大。
科学、合理地利用粉煤灰,不仅可减少工业废料的占地面积和公路建设时的取土毁地面积,而且能够提高能源的利用率,实现可持续发展。
以往我国的公路建设中也曾使用粉煤灰来填筑路基,积累了许多宝贵的经验,但随着公路等级、车速、载重量的提高,作为路基填料的粉煤灰压实体的动态稳定性的要求也会相应提高,因此有必要对粉煤灰路基的动态稳定性展开研究。
本文中所述内容为进一步开展粉煤灰改良膨胀土的动态稳定性研究奠定了基础。
本文以粉煤灰改良的膨胀土为研究对象,通过压实非饱和试件的动三轴试验,考察了粉煤灰掺入量确定的条件下,循环次数、动荷大小、围压等对土体动强度的影响。
由试验结果绘出振次~轴向应变、
动强度一破坏振次关系曲线。
结果表明:
粉煤灰改良的非饱和膨胀土没有显著的屈服特征,可采用常规应变标准对应的振次作为破坏振次。
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