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动荷载下粘土与EPS颗粒混合轻质土的变形和强度特性试验研究

黎冰  
【摘要】: 粘土与EPS颗粒混合轻质土是一种新型的土工材料,它具有轻质、高强、自立性好、施工工期短、废物再生利用和环保等优点,因此具有广泛的工程应用前景。本文以淤泥质粘性土为原料土,EPS颗粒为轻质材料,水泥为固化材料,制备了粘土与EPS颗粒混合轻质土(Lightweight clay-EPS beads soil,简称LCES)试样,通过室内动三轴试验系统地研究了动荷载作用下LCES的强度和变形特性,主要内容包括: (1)通过一系列的室内动三轴试验研究了LCES在动荷载作用下的变性特性,着重研究了固结压力、水泥掺量、EPS掺入比、试样养护龄期、加载次数以及振动频率的影响。试验结果表明,LCES的动应力应变骨干曲线形态符合双曲线;在相同的动应力作用下,LCES产生的动应变随着固结压力、水泥掺量、试样养护龄期和振动频率的增大而减小;在动应变相同的情况下,随着固结压力、水泥掺量、试样养护龄期和振动频率的增大,LCES的动模量增大而阻尼比减小;随着加载次数的增大,LCES的动模量在开始阶段显著降低,然后趋于稳定,但当加载次数达到几百次时,动模量又有增大的趋势;不同EPS掺入比的LCES的动应力应变骨干曲线、动模量随应变变化曲线和阻尼比随应变变化曲线都发生了相交,交点前后EPS掺入比的大小对LCES动力变形特性的影响趋势是截然相反的,交点处的动应变值一般在0.5%~3.0%范围内变化,其大小与LCES的配比以及固结压力有关。与固结压力、水泥掺量以及试样养护龄期相比,EPS掺入比和振动频率对LCES的动力变形特性影响较小。 (2)根据LCES的动应力应变骨干曲线形态符合双曲线的特点,对其进行转换计算得到了各配比LCES的最大动剪切模量G_(max)。在分析单一影响因素与LCES的G_(max)和D_(max)之间的关系以及各影响因素之间的关系基础上,通过对所有试验点进行回归分析,得到了LCES的G_(max)和D_(max)的经验公式。 (3)通过一系列的室内动三轴试验研究了LCES在动荷载作用下的强度特性。首先确定了压应变达到5%是适合LCES的动力破坏标准,然后着重研究了固结压力、水泥掺量、EPS掺入比、试样养护龄期以及振动频率的影响。试验结果表明,LCES的动强度随着固结压力、水泥掺量、试样养护龄期和振动频率的增大而增大,但固结压力对LCES动强度的影响程度随着水泥掺量的增大而逐渐减小;随着EPS掺入比的增大,LCES的动强度先增大后减小,所以对于LCES的动强度来说,可能存在一个最佳EPS掺入比。 (4)在动荷载作用下,随着水泥掺量的增大,LCES的摩尔应力圆逐渐增大,跃过了原点。根据不同固结压力下摩尔圆的包络线得到了各配比LCES的动强度指标c_d和φ_d。基于本次试验所有的动强度试验点,提出了LCES的动抗剪强度与破坏振次之间的经验关系式,并根据该关系式将LCES的动强度曲线进行了归一化。 (5)引入了修正系数k,建立了能够反映粘土与EPS颗粒混合轻质土动力特性的修正Hardin-Drnevich模型,给出了模型参数的确定方法,并对模型进行了验证,结果表明修正的Hardin-Drnevich模型能够反映LCES动力变形特性的基本规律。


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