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碱处理贵阳红黏土力学特性研究

张瑶丹  
【摘要】:碱液加固法是处理特殊土地基的主要化学方法,而红黏土作为一种特殊性土体,在贵州省内广泛分布,是工程建设中经常遇到的岩土体。课题组前期在研究既有地基红黏土中发现,经碱液侵蚀后的红黏土其力学性质发生了明显变化,主要表现为抗剪强度和压缩模量的增加。这为红黏土的加固提供了一个新的思路,本文从土体干密度、加固方式、温度三个方面入手,通过室内无侧限抗压试验对碱处理红黏土在不同情况下的加固效果进行分析。同时利用应力-应变控制式三轴剪切试验仪分析碱处理后红黏土在堆载、卸载和边堆载边卸载三种不同工况下,土体的强度特征、应力-应变关系和孔隙水压力变化。最后对强度发挥面理论应力应变关系对碱处理红黏土扩展应用的可能性进行研究。主要研究成果如下所示:(1)碱处理手段对不同干密度的红黏土均有加固作用,对于最优含水率为36%、最大干密度为1.299g/cm~3状态下的土样加固效果最佳;通过拌合方式进行碱处理的红黏土土样强度最高;高温环境养护下的加固效果要远优于低温环境。(2)碱处理试样相比处理前的试样,CTC、TC、RTC三种不同应力路径下峰值破坏强度明显变高,其中CTC路径下最高,RTC路径下强度相对较低,TC路径介于两者之间,抗剪强度指标变高。但是碱处理后红黏土试样在较小的应变时,试样就会发生破坏。同时由于碱处理后红黏土试样的结构性得到增强,三种不同应力路径下试样的孔压变化幅度和破坏时的应变值均小于处理前,碱处理后红黏土试样的有效应力路径和总应力路径相比发生的偏转小于处理前试样。(3)不同应力路径下的应力应变曲线可以通过归一化处理得到ε_1/(σ_1-σ_3)~ε_1关系曲线,呈线性关系。但由于红黏土作为一种超固结性的特殊土,简单的将邓肯-张模型应用于碱处理前、后的应力应变关系却出现一些不适用性,初始切线模量E_i虽随着围压增大而上升,但R_f数值远超正常值范围,后续研究可进一步深入,修正邓肯-张模型。(4)基于Extended SMP理论,碱处理前、后红黏土在CTC、TC、RTC三种应力路径下的τ_(SMP)/σ_(SMP)~-dε_(SMP)/dγ_(SMP)关系曲线是一条拟合度极高的直线;但τ_(SMP)/σ_(SMP)~-ε_(SMP)/γ_(SMP)关系曲线并不是一个简单的线性关系,前期在-ε_(SMP)/γ_(SMP)值较小时,τ_(SMP)/σ_(SMP)增长较慢;中期τ_(SMP)/σ_(SMP)增长加快,近乎一条直线增长;后期随着-ε_(SMP)/γ_(SMP)值的增加,τ_(SMP)/σ_(SMP)值不在增长甚至有所下降。(5)进一步分析碱处理前、后红黏土在Extend SMP面上的特性,τ_(SMP)/σ_(SMP)~ε_1曲线中τ_(SMP)/σ_(SMP)值的增长趋势同应力应变曲线的变化具有较高相似性,先快速增长后增速变缓曲线最终趋于稳定或回落。同时同一种应力路径、不同围压下的碱处理前、后红黏土试样,(τ_(SMP)/σ_(SMP))_(max)值都很接近,这个(τ_(SMP)/σ_(SMP))_(max)值所对应的σ_1-σ_3值几乎全部等于试样的峰值破坏强度。因此可以说在同一种应力路径下,碱处理前、后的红黏土试样随着轴向应变的增加,它在Extend SMP面上的τ_(SMP)/σ_(SMP)值会达到某一个特定的范围,此时土体上的主应力差接近试样的峰值破坏强度。


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