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合肥新桥国际机场非饱和膨胀土特性试验研究

杨江峰  
【摘要】:膨胀土是一种典型的非饱和土,对气候和水具有强敏感性,随着含水量的变化而呈现出复杂的多裂隙性、胀缩性和强度变形特性,常造成建于膨胀土场地上的路基或建筑物不均匀沉降、开裂等工程灾害,造成巨大的经济损失。近年,随着非饱和膨胀土工程问题的增多,其工程特性的研究受到工程界的广泛关注和重视。合肥新桥国际机场场道工程建于膨胀土地基之上,故研究工程区域的膨胀土特性,对确保地基处理的合理设计,以及场道工程的安全运行具有重要的实际意义。 论文以合肥新桥国际机场场地区域的非饱和膨胀土为研究对象,通过XRD试验、SEM试验、击实实验等室内实验、分析了工程区域该膨胀土的基本物质成分、微结构特性和胀缩特性等基本工程特性;基于现场浸水载荷试验研究了相应场地膨胀土浸水后的变形特性;应用非饱和GDS三轴应力系统开展了系列原状膨胀土的土水特征曲线试验和非饱和强度试验,以及相应的土水特征曲线数值反演和对比分析,进而综合研究了研究区域非饱和膨胀土的土水特性和强度变形特性,取得了以下主要结论: (1)XRD试验结果表明,工程区域膨胀土为中、弱等膨胀土,主要粘土矿物成分以蒙脱石和伊利石为主。 (2)通过SEM微结构特征试验研究得出,场地原状膨胀土微结构以紧密的叠聚体接触为主,叠聚体间夹有较大的团聚体,片状粘粒边缘形状不规则,微结构对干湿循环敏感,微孔隙和微裂隙较发育。 (3)工程区域原状膨胀土的无侧限抗压强度、凝聚力和内摩擦角度指标随深度变化不大,最优含水量为16%;现场浸水载荷试验结果,膨胀土浸水后膨胀量随着深度的增加而减弱,荷载作用下沉降后呈现浸水回弹特性。 (4)工程区域原状膨胀土的土水特征曲线总体符合典型土水特征曲线的一般规律,进气值约为70kPa,表现出脱水过程的土水特征曲线较增湿过程土水特征曲线明显的滞后性,土水特征曲线的数值模拟分析表明Fredlund模型与实测曲线吻合较好。 (5)非饱和三轴强度试验结果表明,工程区域非饱和膨胀土的体应变、偏应力与有效主应力比随着轴向应变的增加而增大;体变呈现剪胀性,失水后土体的应力-应变呈现硬化特性,且其特征随基质吸力值的增大而越显著;相同围压下,强度随着吸力增大而增大。 论文结论为制定合肥新桥国际机场膨胀土地基处理方案和施工设计提供了重要依据,为揭示和总结合肥膨胀土的非饱和特性提供了重要参考。


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