土的三軸試驗(yàn)研究及土的應(yīng)力路徑

1、粉土及其穩(wěn)定土的三軸試驗(yàn)研究匯報(bào)人：汪斌本周研讀論文本周研讀論文粉土及其穩(wěn)定土的三軸試驗(yàn)研究粉土及其穩(wěn)定土的三軸試驗(yàn)研究砂土應(yīng)力路徑本構(gòu)模型的試驗(yàn)驗(yàn)證砂土應(yīng)力路徑本構(gòu)模型的試驗(yàn)驗(yàn)證不同應(yīng)力路徑下結(jié)構(gòu)性土的力學(xué)特性不同應(yīng)力路徑下結(jié)構(gòu)性土的力學(xué)特性非飽和土三軸儀的實(shí)驗(yàn)操作及應(yīng)用非飽和土三軸儀的實(shí)驗(yàn)操作及應(yīng)用草灌植物淺細(xì)根系固土的三軸實(shí)驗(yàn)研究草灌植物淺細(xì)根系固土的三軸實(shí)驗(yàn)研究粉土及其穩(wěn)定土的三軸試驗(yàn)研究粉土及其穩(wěn)定土的三軸試驗(yàn)研究 研究課題研究目的主要內(nèi)容主要內(nèi)容以粉土和以粉土和4 %石灰、石灰、2 %水泥水泥+2 %石灰、石灰、4 %SEU-2 型固化劑、型固化劑、8%SEU-2 型固化劑處理的粉

2、土為研究對(duì)象，通過(guò)不固結(jié)不排型固化劑處理的粉土為研究對(duì)象，通過(guò)不固結(jié)不排水三軸剪切試驗(yàn)水三軸剪切試驗(yàn)(UU)和固結(jié)不排水三軸剪切試驗(yàn)和固結(jié)不排水三軸剪切試驗(yàn)(CU)對(duì)變摻量、對(duì)變摻量、變齡期條件下粉土及穩(wěn)定土的強(qiáng)度和變形特性進(jìn)行了研究。試變齡期條件下粉土及穩(wěn)定土的強(qiáng)度和變形特性進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：粉土及其穩(wěn)定土的應(yīng)力驗(yàn)結(jié)果表明：粉土及其穩(wěn)定土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線主要為軟化型。應(yīng)變曲線主要為軟化型。SEU-2 型固化劑在改善粉土的凝聚力方面起了很好的作用，綜型固化劑在改善粉土的凝聚力方面起了很好的作用，綜合考慮了不同穩(wěn)定方法的強(qiáng)度指標(biāo)，表明摻合考慮了不同穩(wěn)定方法的強(qiáng)度指標(biāo)，表明摻SEU-2 型

3、固化劑是型固化劑是穩(wěn)定粉土的最有效的方法。穩(wěn)定粉土的最有效的方法。引言引言welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience粉土系介于粘性土和砂性土之間的一類土，工程性質(zhì)比較復(fù)雜，粉土系介于粘性土和砂性土之間的一類土，工程性質(zhì)比較復(fù)雜，按照按照巖土工程勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范11的規(guī)定：凡粒徑大于的規(guī)定：凡粒徑大于0.075 mm0.075 mm、顆粒含量小于或等于全重顆粒含量小于或等于全重50 %50 %、且塑性指數(shù)小于或等于、且塑性指數(shù)小于或等于10 10 的土的土為粉土，其粒

4、組成分中為粉土，其粒組成分中0.0050.0050.05 mm 0.05 mm 和和0.050.050.075 mm0.075 mm的粒的粒組占絕大多數(shù)。這類土既不同于粘性土，又有別于砂土，水與土組占絕大多數(shù)。這類土既不同于粘性土，又有別于砂土，水與土顆粒之間的作用明顯異于粘性土和砂土，主要表現(xiàn)顆粒之間的作用明顯異于粘性土和砂土，主要表現(xiàn)“粉粒粉?！钡奶氐奶卣?，隨著顆粒組成的不同，其工程性質(zhì)有轉(zhuǎn)折性變化。粉性土作征，隨著顆粒組成的不同，其工程性質(zhì)有轉(zhuǎn)折性變化。粉性土作為筑路材料，因含有較多的粉粒，干時(shí)雖稍有粘結(jié)性，但易被壓為筑路材料，因含有較多的粉粒，干時(shí)雖稍有粘結(jié)性，但易被壓碎、揚(yáng)塵大，浸水

5、時(shí)很快被濕透，易形成流體狀態(tài)。粉性土的毛碎、揚(yáng)塵大，浸水時(shí)很快被濕透，易形成流體狀態(tài)。粉性土的毛細(xì)水上升高度大，在季節(jié)性冰凍地區(qū)更容易使路基產(chǎn)生水分累積，細(xì)水上升高度大，在季節(jié)性冰凍地區(qū)更容易使路基產(chǎn)生水分累積，造成嚴(yán)重的凍脹翻漿現(xiàn)象。造成嚴(yán)重的凍脹翻漿現(xiàn)象。引言引言穩(wěn)定土穩(wěn)定土2是采用一定的物理化學(xué)方法及其相應(yīng)的技術(shù)措施使土是采用一定的物理化學(xué)方法及其相應(yīng)的技術(shù)措施使土的物理力學(xué)性能得到改善以適應(yīng)工程技術(shù)的需要。穩(wěn)定土的方的物理力學(xué)性能得到改善以適應(yīng)工程技術(shù)的需要。穩(wěn)定土的方法有多種，但目前國(guó)內(nèi)外仍以無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定為主，改善土性法有多種，但目前國(guó)內(nèi)外仍以無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定為主，改善土性質(zhì)的產(chǎn)品主

6、要有石灰、水泥、粉煤灰或這些材料的混合物，在質(zhì)的產(chǎn)品主要有石灰、水泥、粉煤灰或這些材料的混合物，在幾十年的發(fā)展過(guò)程中，已形成了比較成熟的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定方幾十年的發(fā)展過(guò)程中，已形成了比較成熟的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定方法，但從實(shí)踐效果來(lái)看，不同的結(jié)合料法，但從實(shí)踐效果來(lái)看，不同的結(jié)合料，其穩(wěn)定的效果有著明其穩(wěn)定的效果有著明顯的差異顯的差異。針對(duì)江蘇地區(qū)粉土的特殊性，從提高粉。針對(duì)江蘇地區(qū)粉土的特殊性，從提高粉土體系本身土體系本身的強(qiáng)度著手，同時(shí)考慮水穩(wěn)定性、抗收縮性等性能進(jìn)行研究。的強(qiáng)度著手，同時(shí)考慮水穩(wěn)定性、抗收縮性等性能進(jìn)行研究。使摻入到粉土中的固化材料使摻入到粉土中的固化材料不僅起到膠凝和填充的作用

7、，最好不僅起到膠凝和填充的作用，最好能激發(fā)粉土自身能激發(fā)粉土自身的活性，或者與土粒發(fā)生相互作用，基于這樣的活性，或者與土粒發(fā)生相互作用，基于這樣的研究思路，提出粉土固化材料的可能組分，研制成功的研究思路，提出粉土固化材料的可能組分，研制成功SEU-2 型固化劑，并將其應(yīng)用到高速公路的路基填筑中型固化劑，并將其應(yīng)用到高速公路的路基填筑中5。本文一方。本文一方面借鑒以往的研究成果，采用傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)結(jié)合料（石灰、水泥面借鑒以往的研究成果，采用傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)結(jié)合料（石灰、水泥+石灰）的方法；另一方面采用石灰）的方法；另一方面采用SEU-2 型固化劑的穩(wěn)定方法，型固化劑的穩(wěn)定方法，從力學(xué)性能的角度出發(fā)，研究粉

8、土作為路基填料的可行性。從力學(xué)性能的角度出發(fā)，研究粉土作為路基填料的可行性。粉土的強(qiáng)度特性及應(yīng)力粉土的強(qiáng)度特性及應(yīng)力-應(yīng)變特性應(yīng)變特性根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，粉土的最大干密度為根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，粉土的最大干密度為1.805 g/cm3，制樣取對(duì)應(yīng)，制樣取對(duì)應(yīng)壓實(shí)度壓實(shí)度95 %的干密度進(jìn)行制備，成型后進(jìn)行飽和。的干密度進(jìn)行制備，成型后進(jìn)行飽和。UU 試驗(yàn)結(jié)果如圖試驗(yàn)結(jié)果如圖1，在不同圍壓條件下粉土的應(yīng)力，在不同圍壓條件下粉土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可見(jiàn)圖應(yīng)變關(guān)系可見(jiàn)圖2，重塑樣在圍壓，重塑樣在圍壓100 kPa的較低應(yīng)力水平下有明顯的峰值，呈脆性破壞，破壞后殘余的較低應(yīng)力水平下有明顯的峰值，呈脆性破壞，破壞

9、后殘余強(qiáng)度低，應(yīng)力強(qiáng)度低，應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈軟化型；在圍壓應(yīng)變曲線呈軟化型；在圍壓400kPa 的較高應(yīng)力水平下，的較高應(yīng)力水平下，土樣峰值不明顯，以塑性破壞為主，應(yīng)力土樣峰值不明顯，以塑性破壞為主，應(yīng)力-應(yīng)變曲線接近硬化型；而在應(yīng)變曲線接近硬化型；而在圍壓圍壓200 kPa 的條件下，土樣破壞的表現(xiàn)介于二者之間。的條件下，土樣破壞的表現(xiàn)介于二者之間。粉土的粉土的 CU 試驗(yàn)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果與UU 試驗(yàn)類似，在不同圍壓條件試驗(yàn)類似，在不同圍壓條件下土樣都有破壞峰值，且在較低圍壓應(yīng)力水平下表現(xiàn)下土樣都有破壞峰值，且在較低圍壓應(yīng)力水平下表現(xiàn)得更明顯，應(yīng)力得更明顯，應(yīng)力-應(yīng)變曲線主要為軟化型，低圍壓時(shí)殘

10、應(yīng)變曲線主要為軟化型，低圍壓時(shí)殘余強(qiáng)度比峰值強(qiáng)度降低得更多，高圍壓時(shí)殘余強(qiáng)度與余強(qiáng)度比峰值強(qiáng)度降低得更多，高圍壓時(shí)殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度相比降低得不明顯。與峰值強(qiáng)度相比降低得不明顯。與UU 試驗(yàn)類似，剪切過(guò)試驗(yàn)類似，剪切過(guò)程中孔壓變化與剪切偏應(yīng)力之間的關(guān)系也表現(xiàn)出先增程中孔壓變化與剪切偏應(yīng)力之間的關(guān)系也表現(xiàn)出先增后減，先正后負(fù)的剪脹特點(diǎn)。后減，先正后負(fù)的剪脹特點(diǎn)。3 穩(wěn)定土三軸剪切試驗(yàn)研究穩(wěn)定土三軸剪切試驗(yàn)研究對(duì)摻入不同穩(wěn)定劑的粉土進(jìn)行了對(duì)摻入不同穩(wěn)定劑的粉土進(jìn)行了UU 和和CU 試驗(yàn)，以研究在試驗(yàn)，以研究在變摻量、變齡期條件下土體的強(qiáng)度和變形特性。試樣的制備變摻量、變齡期條件下土體的強(qiáng)度和變形特

11、性。試樣的制備采用擊實(shí)制樣，摻穩(wěn)定劑的粉土分別進(jìn)行采用擊實(shí)制樣，摻穩(wěn)定劑的粉土分別進(jìn)行7，14，28 d 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)3,4。為方便與前面試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，同時(shí)也為合理地。為方便與前面試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，同時(shí)也為合理地選擇穩(wěn)定劑提供更充分的依據(jù)，分別選用了不同種類的穩(wěn)定選擇穩(wěn)定劑提供更充分的依據(jù)，分別選用了不同種類的穩(wěn)定劑：劑：4 %石灰、石灰、2 %水泥水泥+2 %石灰、石灰、4 %SEU-2 型固化劑、型固化劑、8 %SEU-2 型固化劑。型固化劑。3.1 摻摻4 %石灰的粉土三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果石灰的粉土三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果由圖由圖 3 和圖和圖4 可知，摻可知，摻4 %石灰的粉土在標(biāo)養(yǎng)石灰的粉土

12、在標(biāo)養(yǎng)7 d 后后UU 試驗(yàn)試驗(yàn)和和CU 試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo)非常接近，試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo)非常接近，u c =56.6 kPa， u =27； cu c =55.8 kPa， cu =27。圖。圖5 和圖和圖6 對(duì)此提對(duì)此提供了證明，無(wú)論是供了證明，無(wú)論是UU 試驗(yàn)還是試驗(yàn)還是CU 試驗(yàn)的應(yīng)力試驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線都應(yīng)變曲線都表現(xiàn)為明顯的峰值破壞，為典型的軟化型曲線。表現(xiàn)為明顯的峰值破壞，為典型的軟化型曲線。3.1 摻摻4 %石灰的粉土三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果石灰的粉土三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果3.1 摻摻4 %石灰的粉土三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果石灰的粉土三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果3.2 摻摻2 %水泥水泥+2 %石灰的粉土三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果

13、石灰的粉土三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)驗(yàn)表明，用水泥固化穩(wěn)定土體能有效增加土體的內(nèi)摩擦角和凝聚力，用經(jīng)驗(yàn)表明，用水泥固化穩(wěn)定土體能有效增加土體的內(nèi)摩擦角和凝聚力，用一部分水泥代替石灰也能起比單純摻石灰更好的固化穩(wěn)定效果，這在穩(wěn)定一部分水泥代替石灰也能起比單純摻石灰更好的固化穩(wěn)定效果，這在穩(wěn)定粉土的直剪試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)中已有所體現(xiàn)，三軸剪切的結(jié)果進(jìn)一步粉土的直剪試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)中已有所體現(xiàn)，三軸剪切的結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明了這一點(diǎn)。圖說(shuō)明了這一點(diǎn)。圖7 和圖和圖8分別是摻分別是摻2 %水泥水泥+2 %石灰的石灰的UU 和和CU 試驗(yàn)結(jié)試驗(yàn)結(jié)果，試樣干密度果，試樣干密度1.72 g/cm3，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)

14、護(hù)7 d， u c =114.75 kPa，u =29； cu c =91.1 kPa， cu =29。CU 試驗(yàn)土樣在圍壓下固結(jié)的效試驗(yàn)土樣在圍壓下固結(jié)的效果在總應(yīng)力指標(biāo)上未體現(xiàn)出來(lái)，可由有效強(qiáng)度指標(biāo)體現(xiàn)果在總應(yīng)力指標(biāo)上未體現(xiàn)出來(lái)，可由有效強(qiáng)度指標(biāo)體現(xiàn)c =77.3 kPa， =31。由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，摻由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，摻2 %水泥水泥+2 %石灰的粉土凝聚力有顯著提高，內(nèi)摩擦角也有石灰的粉土凝聚力有顯著提高，內(nèi)摩擦角也有較大的增長(zhǎng)，比摻較大的增長(zhǎng)，比摻4 %石灰的粉土改善很多，特別在凝聚力方面的提高對(duì)粉土壓石灰的粉土改善很多，特別在凝聚力方面的提高對(duì)粉土壓實(shí)成型很有幫助。由圖實(shí)成型很有幫助。

15、由圖9 和圖和圖10 的應(yīng)力的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可見(jiàn)，水泥應(yīng)變曲線可見(jiàn)，水泥+石灰的穩(wěn)定粉土石灰的穩(wěn)定粉土破破壞時(shí)的偏應(yīng)力峰值非常明顯，殘余強(qiáng)度急劇降低，傾向于脆性破壞，更能體現(xiàn)類壞時(shí)的偏應(yīng)力峰值非常明顯，殘余強(qiáng)度急劇降低，傾向于脆性破壞，更能體現(xiàn)類似超固結(jié)土的軟化型曲線。似超固結(jié)土的軟化型曲線。3.3 摻摻SEU-2 型固化劑的粉土三軸試驗(yàn)結(jié)果型固化劑的粉土三軸試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)采用試驗(yàn)采用4 %和和8 %兩種摻量，對(duì)添加兩種摻量，對(duì)添加SEU-2型固化劑的粉土進(jìn)行了型固化劑的粉土進(jìn)行了UU 試驗(yàn)和試驗(yàn)和CU 試驗(yàn)。試驗(yàn)。4 %摻量的試樣干密度為摻量的試樣干密度為1.72 g/cm3，8 %摻量的試樣

16、干密度為摻量的試樣干密度為1.70 g/cm3，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d，強(qiáng)度指標(biāo)見(jiàn)表，強(qiáng)度指標(biāo)見(jiàn)表1。應(yīng)力。應(yīng)力-應(yīng)變曲線見(jiàn)圖應(yīng)變曲線見(jiàn)圖11、圖、圖12。試驗(yàn)結(jié)果表明：摻入不同比例的固化劑后，經(jīng)短期標(biāo)養(yǎng)，試驗(yàn)結(jié)果表明：摻入不同比例的固化劑后，經(jīng)短期標(biāo)養(yǎng)，4 %4 %摻量的凝聚力摻量的凝聚力增長(zhǎng)較增長(zhǎng)較8 %8 %摻量的要大，但前者內(nèi)摩擦角卻不及后者提高明顯。摻量的要大，但前者內(nèi)摩擦角卻不及后者提高明顯。摻摻SEU-2 SEU-2 型固化劑的粉土應(yīng)力型固化劑的粉土應(yīng)力- -應(yīng)變曲線表明：穩(wěn)定粉土依然保留了較明顯的軟應(yīng)變曲線表明：穩(wěn)定粉土依然保留了較明顯的軟化化曲線特性，破壞峰值非常明顯，隨后

17、殘余強(qiáng)度下降較多，說(shuō)明固化劑在改善粉土曲線特性，破壞峰值非常明顯，隨后殘余強(qiáng)度下降較多，說(shuō)明固化劑在改善粉土的凝聚力方面起了很好的作用。的凝聚力方面起了很好的作用。3.4 3.4 不同穩(wěn)定方法效果的對(duì)比不同穩(wěn)定方法效果的對(duì)比對(duì)不同穩(wěn)定方法在不同齡期的強(qiáng)度效果可見(jiàn)表對(duì)不同穩(wěn)定方法在不同齡期的強(qiáng)度效果可見(jiàn)表 2 2。3.4 3.4 不同穩(wěn)定方法效果的對(duì)比不同穩(wěn)定方法效果的對(duì)比對(duì)比標(biāo)養(yǎng)對(duì)比標(biāo)養(yǎng)28 d 28 d 穩(wěn)定土的穩(wěn)定土的UU UU 試驗(yàn)強(qiáng)度值，由表試驗(yàn)強(qiáng)度值，由表2 2 可見(jiàn)，摻可見(jiàn)，摻2 %2 %水泥水泥+2 %+2 %石灰的土石灰的土 值高于摻值高于摻4 %4 %石灰以及摻石灰以及摻4

18、%SEU-2 4 %SEU-2 型固化劑的土，摻型固化劑的土，摻8 %SEU-28 %SEU-2型固化劑的土型固化劑的土 值高于值高于2 %2 %水泥水泥+2 %+2 %石灰的土，同時(shí)也說(shuō)明固化劑的摻量確實(shí)影響土的石灰的土，同時(shí)也說(shuō)明固化劑的摻量確實(shí)影響土的 值。值。由表由表2 2可見(jiàn)，對(duì)土可見(jiàn)，對(duì)土c c 值的提高一般呈現(xiàn)良好的規(guī)律性，摻值的提高一般呈現(xiàn)良好的規(guī)律性，摻4 %4 %石灰的粉土、摻石灰的粉土、摻2 %2 %水泥水泥+2 %+2 %石灰的粉土、摻石灰的粉土、摻4 %SEU-2 4 %SEU-2 型固化劑的粉土、摻型固化劑的粉土、摻8 %SEU-2 8 %SEU-2 型固化劑的型固

19、化劑的粉粉土的土的28 d 28 d 的的c c 值依次增加，且差距較大，變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于值依次增加，且差距較大，變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 值的變化幅度。值的變化幅度。對(duì)對(duì)CU CU 試驗(yàn)強(qiáng)度值也有相同的規(guī)律?？紤]粉土穩(wěn)定的強(qiáng)度問(wèn)題中，重點(diǎn)解決粉土試驗(yàn)強(qiáng)度值也有相同的規(guī)律?？紤]粉土穩(wěn)定的強(qiáng)度問(wèn)題中，重點(diǎn)解決粉土筑路時(shí)易分散、易開(kāi)裂、難成形的關(guān)鍵是有效增加粉土的凝聚力，故綜合考慮以筑路時(shí)易分散、易開(kāi)裂、難成形的關(guān)鍵是有效增加粉土的凝聚力，故綜合考慮以上穩(wěn)定方法的強(qiáng)度指標(biāo)，可認(rèn)為摻上穩(wěn)定方法的強(qiáng)度指標(biāo)，可認(rèn)為摻SEU-2 SEU-2 型固化劑是穩(wěn)定粉土最有效的方法。型固化劑是穩(wěn)定粉土最有效的方法。4 結(jié)論

20、結(jié)論以粉土和采用不同穩(wěn)定劑處理的粉土為研究對(duì)象，通過(guò)三軸剪切試驗(yàn)的方法對(duì)其以粉土和采用不同穩(wěn)定劑處理的粉土為研究對(duì)象，通過(guò)三軸剪切試驗(yàn)的方法對(duì)其強(qiáng)度和變形特征進(jìn)行了研究，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：強(qiáng)度和變形特征進(jìn)行了研究，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：(1) (1) 粉土應(yīng)力粉土應(yīng)力- -應(yīng)變曲線主要為軟化型，低圍壓時(shí)殘余強(qiáng)度比峰值強(qiáng)度降低得更應(yīng)變曲線主要為軟化型，低圍壓時(shí)殘余強(qiáng)度比峰值強(qiáng)度降低得更多，高圍壓時(shí)殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度相比降低不明顯?？烧J(rèn)為粉土在低應(yīng)力水平下多，高圍壓時(shí)殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度相比降低不明顯。可認(rèn)為粉土在低應(yīng)力水平下塑性較差，更傾向于脆性破壞，同時(shí)重塑的密實(shí)粉土具有剪脹性。塑性較差，更傾向于脆性破壞，同時(shí)重塑的密實(shí)粉土具有剪脹性。(2) (2) 摻摻SEU-2 SEU-2 型固化劑的粉土應(yīng)力型固化劑