石灰改良土路基填料的动力特性及应用研究

【摘要】：受地理条件限制,在软土地区常用石灰来改良软土作路基填料。但石灰改良土在交通荷载作用下的力学特性的研究很不成熟,理论研究远远落后于实际工程应用。因此,研究石灰改良土的动力特性及其在交通荷载作用下的变形性状,具有十分重要的理论意义和实用价值。 本文在大量室内试验的基础上,对石灰改良土的力学特性,其中主要是动力特性进行了深入研究:并基于试验成果,利用动力弹塑性有限元分析了交通荷载作用下石灰改良土道路的变形性状,取得了如下主要成果和结论: 1.软土掺入石灰后,塑性指数明显降低,最大干密度随石灰掺入量的增大而减少,最优含水量随石灰掺入量的增大而增加,击实曲线峰值段比掺灰前具有相对较宽的最优含水量区间,在回填施工过程中达到设计压实度要求的含水量容易控制。工程实际中,掺灰比宜控制在5%～8%。 2.采用扫描电镜(SEM)照片及能谱分析(EDS)对石灰改良土的组成和结构进行微观分析,在石灰土中首次发现了连结成空间网状结构的钙矾石结晶体。从微观结构上对石灰改良土的加固机理进一步进行研究,发现改良的作用表现为增加了土体的粘聚力。 3.使用DDS-70型微机控制动三轴仪,对石灰土进行了动强度和动弹模阻尼比试验,确定了石灰土的动强度和动力参数。试验结果进一步验证了力学性质差的填料因石灰的掺入强度有显著提高。发现频率愈高,随着破坏振次的增加,动强度衰减愈快。 4.动应变ε_d是影响土样动模量阻尼比的最主要因素,随着动应变水平的提高,动弹模量E_d成倍减小而阻尼比λ成倍增大。频率f愈高,动弹模量和阻尼比愈大。随着掺灰比的增大,石灰土的动弹模量和阻尼比相应增大。动弹模量随围压σ_(3c)增减而增减,阻尼比λ随σ_(3c)的升高而减小。最大动弹模量E_(d max)一与围压σ_(3c)呈指数递增关系:最大阻尼比λ_(max)在7%～40%之间,与围压σ_(3c)呈指数递减关系,并建立了相应的统计公式: λ_(max)=k_λP_a(σ_(3c)/P_a)~(-nλ) 5.将交通荷载简化为半波正弦荷载,基于平面应变假定,利用动力弹塑性有限元定性分析了交通荷载作用下的石灰土道路的变形性状。研究了掺灰比、交通荷载、地基力学性质对道路变形的影响。研究结果表明,用石灰改良软土能有效减小工后沉降。道路和地基的塑性变形在沿深度方向某一范围内衰减很快;在地基表面以下存在—“塑性变形有效影响深度”,该深度可作为交通荷载工后沉