閱讀 4839 次 灰土水泥復(fù)合材料物理力學(xué)性質(zhì)研究

圖2 不同配比灰土8%水泥強度曲線

     3.2含水量對抗壓強度的影響

     為比較含水量對水泥灰土的影響，選取不同水泥摻量1:9灰土無側(cè)限抗壓強度隨含水量的變化曲線，如圖3和圖4所示（為了便于比較，文中將最優(yōu)含水量試驗曲線加粗）。含水量對強度的影響表現(xiàn)為：同一配比的水泥灰土、越接近于最優(yōu)含水量，其抗壓強度越大，含水量離最優(yōu)含水量越遠(yuǎn)的試樣強度越低。隨著齡期的增長這種現(xiàn)象愈發(fā)明顯，到后期最優(yōu)含水量的強度曲線從其他含水量的強度曲線中逐漸向上分離出來。高于最優(yōu)含水量的試樣較低于最優(yōu)含水量的試樣強度下降更為顯著，因而，在實際工程應(yīng)用中含水量的選取建議采取“寧低勿高”的原則。通過圖3圖4還可以看出，各種含水量下8%水泥摻量的強度值及隨齡期的增長率比6%水泥摻量的相應(yīng)值高出至少60%以上，再次說明水泥摻量對灰土強度和早期強度的提高作用。

圖3 1:9灰土6%水泥強度曲線

圖4 1:9灰土8%水泥強度曲線

     3.3 水穩(wěn)定性

    水穩(wěn)定性是衡量和評價填料工程性質(zhì)的一個重要指標(biāo)，一般采用軟化系數(shù)來進(jìn)行評價。軟化系數(shù)是指填料飽和狀態(tài)下的抗壓強度與普通潮濕狀態(tài)下強度之比。表2給出了各種配比水泥灰土在不同含水量時的軟化系數(shù)（為了便于比較，文中將最優(yōu)含水量的試驗數(shù)據(jù)加粗）。可見，在最優(yōu)含水量下各種水泥灰土的水穩(wěn)定性最好，另外，隨著水泥摻量的增加，水泥灰土的水穩(wěn)定性也隨著水泥摻量的增加而增強。相較類似工程的試驗，本次試樣所得的軟化系數(shù)偏低，這可能是由于試驗前期擊實操作不當(dāng)，擊實功能不足以及齡期較短等因素造成的。

表2 不同配比水泥灰土的軟化系數(shù)（60d）

     對于實際工程中的夯實擠密樁來講，它們的工作環(huán)境都會受到圍壓的作用，故其破壞形式多具有塑性破壞的特點。水泥灰土試樣破壞形式在較短齡期（30d以內(nèi)）表現(xiàn)出原狀土的形式，多表現(xiàn)出應(yīng)變較大的塑性破壞；隨著齡期的增長（60d以后）水泥灰土試樣的各項力學(xué)性狀逐漸展現(xiàn)出巖石試樣的性質(zhì)，多表現(xiàn)出應(yīng)變較小的脆性破壞。從大量的無側(cè)限抗壓強度試驗中發(fā)現(xiàn)，所得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線大多可分為三個顯著區(qū)別的階段[2]，如圖5所示。

圖5 水泥灰土典型應(yīng)力—應(yīng)變曲線

    (1)彈性變形階段：從開始加載至P1點，該階段應(yīng)力較小，變形主要來自于試樣團粒和凝結(jié)材料結(jié)晶體產(chǎn)生的彈性變形，應(yīng)力‑應(yīng)變曲線大致為直線，變形在卸載之后可以恢復(fù)。

    (2)塑性強化階段：該階段的終點P2對應(yīng)于應(yīng)力‑應(yīng)變曲線的峰值強度。應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)入彎曲段，斜率減小的同時變形增長速率逐漸增大，壓應(yīng)力增長速率逐漸減小。表明試樣內(nèi)部微裂隙逐漸擴展、貫穿并逐漸發(fā)展成為明顯可見的裂紋和裂縫。

    (3)殘余軟化階段：當(dāng)加載應(yīng)力超過試樣的極限強度后，即應(yīng)力‑應(yīng)變曲線開始向下彎曲, 應(yīng)變持續(xù)增長的同時應(yīng)力降低，出現(xiàn)明顯的軟化特征。此時雖然試樣不能承擔(dān)更大的荷載，但由于破裂面兩側(cè)的摩擦咬合作用沒有出現(xiàn)壓應(yīng)力突然急劇下降的現(xiàn)象，試樣還能承受一定的荷載。

     4、結(jié)論

    分別對1:9、2:8、3:7灰土試樣摻入6%、8%的水泥灰土試樣在不同含水量下開展擊實實驗、無側(cè)限抗壓強度以及水穩(wěn)定性試驗，分析齡期、含水量、水泥摻量等因素對水泥灰土工程性質(zhì)的影響，得到結(jié)論如下：

     (1) 灰土的配比對水泥灰土最優(yōu)含水量和最大干密度的影響較大，而水泥摻量的影響相對較小；水泥灰土強度隨水泥摻入量的增加而增大, 且隨齡期的增長水泥摻入比越高強度增長速率越快。水泥摻量越高，其早期強度越高；

     (2) 含水量對水泥灰土的強度影響較大。試樣越接近最優(yōu)含水量，相應(yīng)的抗壓強度越大，含水量離最優(yōu)含水量越遠(yuǎn)的試樣強度越低，且高于最優(yōu)含水量的試樣較低于最優(yōu)含水量的試樣強度下降更為明顯；

     (3) 在最優(yōu)含水量時水泥灰土的水穩(wěn)定性最好，水泥灰土的水穩(wěn)定性隨著水泥摻量的增加而增強；

     (4) 水泥灰土試樣在齡期較短時多出現(xiàn)塑性破壞；隨齡期的增長逐漸呈現(xiàn)為脆性破壞。典型的水泥灰土應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出3個明顯的階段：彈性變形階段，塑性強化階段以及殘余軟化階段。

     參考文獻(xiàn)(References)

     [1] 韓曉雷，郅彬，郭志勇.灰土強度影響因素研究，巖土工程學(xué)報 2002，24(5)：667-669.

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     [3] 王蓉，水泥灰土強度影響因素及其力學(xué)損傷模型初探與灰土擠密樁復(fù)合地基承載力的概率分析西安：西安建筑科技大學(xué)，2005.

     [4] 王超楠，水泥灰土的強度特性及工程應(yīng)用研究，西安：西安建筑科技大學(xué)，2005.

     [5]土工實驗方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50123-1999).北京：中國計劃出版社，1999.

     [6] 郅彬，灰土強度影響因素研究及灰土擠密樁樁周土體應(yīng)力有限元分析西安：西安建筑科技大學(xué)，2002.

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會 文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯 劉真 文徑 審核)