钢渣粉改良红层填料的力学特性及机理

为研究钢渣粉改良红层泥岩填料的力学特性和作用机理,采用重型击实、无侧限、直剪和侧限压缩等试验方法进行力学特性研究,并通过X射线衍射、红外光谱、核磁共振、激光粒度和扫描电镜等试验对微观界面结构及其作用机理进行了分析。试验结果表明,钢渣粉对红层填料的力学强度和水稳定性具有较好的改良作用。15%钢渣粉改良填料的抗压强度由素土的0.6 MPa提升至1.5 MPa,浸水抗压强度由湿化崩解状态逐渐提高到0.8 MPa,力学强度和湿化崩解特性均得到显著改善。进一步通过微观分析揭示了钢渣粉改良填料的作用机理,主要包括水化作用和离子交换反应。基于X射线衍射和红外光谱显示出SiO_(2)峰减弱、C-S-H峰增强和Al^(3+)离子配位的振动峰增强,在强离子作用下,减小了土颗粒的双电层厚度。核磁共振和激光粒度分析发现改良填料的孔隙分布曲线明显得到优化,颗粒团聚作用增强,这有助于形成更加稳定的土体结构。通过扫描电镜观测到粒间孔隙结构和土颗粒间接触形式发生了改变,土体内部形成了排列紧密的层状堆叠或絮团状结构,提高了整体结构性。同时对颗粒分形维数进行定量化分析,较好反映了改良填料抗剪强度指标的变化规律,从而建立了改良填料抗剪强度指标与其微观结构特征之间的联系。

矿渣微粉改良红层填料的力学特性及其机理分析

为研究矿渣微粉改良红层填料的力学特性及其作用机理,通过无侧限抗压强度、直剪等试验,对不同矿渣微粉掺量下的红层填料进行了强度特性分析,并采用X衍射、热重分析、红外光谱、激光粒度、核磁共振和扫描电镜等微观分析方法,围绕矿渣微粉改良土体的作用机理进行了研究。试验结果表明,矿渣微粉对红层填料的力学强度和水稳定性具有较好的改良作用,改良填料的无侧限抗压强度由0.76 MPa逐渐增大至3.10 MPa;黏聚力与内摩擦角也得到了显著提高。通过红外光谱、激光粒度和核磁共振分析发现,改良填料颗粒间Al^(3+)阳离子配位的振动峰增强,降低了黏土矿物的双电层厚度,土颗粒团聚性显著增强,孔隙分布得到优化;通过X射线衍射和热重分析证明了水化产物的生成过程;扫描电镜观测到改良填料的具体作用机理:主要为填充效应和胶凝效应,其胶凝效应包括水化作用和离子交换作用。对微观扫描图的定量化分析进一步表明土体结构复杂程度增大,颗粒粗糙程度及骨架性增强。

红层填料路堤变形研究

对于高速铁路而言,路基的变形分为3类:(1)运营阶段行车引起的基床累积下沉;(2)列车行驶中路基面的弹性变形;(3)路基本体填土及地基的压密下沉。而红层填料工程性质较差,易崩解,强度低。将红层粉碎到粒径小于2 mm,压实度为95%,并对基床采用3种不同的方法强化结构,通过室内蠕变和振动试验,对路堤的长期沉降和振动作用下的变形进行分析,论证采用红层作为填料在经过一定的施工工艺后能满足高速运营的要求。

红层填料蠕变特性及工程应用研究

为了保持轨道的平顺性和稳定性,高速铁路要求路堤的工后沉降为0。红层属于C类填料,易崩解、软化,依据单轴压缩蠕变(粒径小于2 mm和压实度为95%)试验结果,对红层填料的蠕变特性进行了分析,同时基于工程应用的目的,根据蠕变曲线对路堤的工后沉降进行了预测,论证了采用红层作为填料在一定的施工工艺下能满足路堤工后0沉降的要求。

红层填料渗透系数测定的方法研究

以川中红层地区的泥岩填料为研究对象,通过渗透仪测得竖向渗透系数,运用自主设计的"L"型模型试验,并根据达西定律等相关理论推导出适用于该模型的计算公式,计算得到的水平渗透系数与经验值相吻合,同时也反映了红层泥岩填料表现出一定的各向异性。研究结果表明"L"型模型测定水平向渗透系数的方法具有一定的可行性。

交通荷载作用红层填料道路沉降细观模拟

为研究G6京藏高速兰州—海石湾段红层路基填料导致的沉降问题,建立二自由度路基路面耦合离散元模型。通过迭代运算,得到各层材料的细观参数,编写Fish函数,用冲击荷载及半正弦荷载模拟交通荷载作用,在此基础上分析荷载作用下路基路面各层颗粒的位移和应力时程曲线。研究表明:基层与红层填料交界面处出现位移分层现象,基层受水平拉应力作用,是裂缝发展的高风险区,在公路运营过程中应定期重点监测该区域裂缝的发生。PFC模型实现了路基土体及路面结构层在离散元软件中协同变形的耦合,为不良路基地区道路的病害问题及沉降变形计算提供研究思路,为该地区后续的路基病害整治奠定理论基础。

粉煤灰改良红层填料物理力学特性研究

兰州新区机场高速公路地层广泛分布的红层泥岩当被用作公路路基填料时,易出现翻浆冒泥现象及路基不均匀沉降等病害。因此,为改善该情况,选取废渣粉煤灰对该路段的红层泥岩进行改良研究。通过室内击实、液塑限及易溶盐等试验,分析红层泥岩和粉煤灰的基本性质;通过固结试验和无侧限抗压强度试验,研究粉煤灰掺量和养护时间对改良土的物理力学特性影响。结果表明,该地区红层泥岩属低液限黏土,其易溶盐溶液中的 SO离子含量最高,p H 值呈碱性;粉煤灰作为改良剂掺入,能小幅提高红层最优含水率,促进土颗粒凝聚,提升无侧限抗压强度,减小压缩系数,明显提高土体抗变形能力。

高液限红层填料填筑铁路路基可行性研究

结合玉溪至磨憨铁路某一红层软岩区段案例,分析使用高液限红层D组填料路基填筑的方案及处理方法,论证高液限红层D组填料在车站大面积填筑的可行性;开展填筑压实试验,检验填料处理方法的合理性。研究表明:设计采用翻挖晾晒、增设隔水层等措施填筑高液限红层填料具有显著的合理性和可行性,可为红层地区大型车站的填料设计提供重要的参考,同时也为红层地区的普速铁路基床底层或高速铁路路堤本体使用高液限红层填料的可能性提供技术支撑。

环境干湿影响带红层填料粒度的演化研究

针对环境干湿影响带红层填料粒度的演化特征的研究较少,首先选取5种不同黏粒含量的红层填料样本,通过X射线衍射获取了试样的物质成分,然后通过浸水试验区分出岩石的崩解等级;对中、强崩解类红层岩石样本进行8次干湿循环条件的颗粒分析试验,研究得出黏粒含量较高且具有中等或强崩解特性时,填料颗粒小于某一粒径后处于崩解稳定状态,最终稳定产物主要为角砾、粗砂及砾砂类土,该结论可指导施工中对不同崩解性质的红层填料进行适当的预处理。

株洲地区红层填料自然休止角与渗透系数研究

对红层填料的综合内摩擦角取值和支护结构土压力计算是采用水土分算还是水土合算的理论及实践研究较少。为了准确分析支护结构受力和经济、合理地确定支护结构方案,以株洲地区红层残坡积土及全风化岩红层填料为研究对象,进行了现场自然休止角调查和三类红层填料分别在不同压实度条件下渗透系数室内试验的测定。结果表明:红层填料未经压实状态下自然休止角为34°~42°,在较低压实度状态下支护结构土压力应采用水土分算,在较高压实度状态下支护结构土压力可采用水土合算。

含水率对红层泥岩填料动力特性影响试验研究

红层泥岩填料水敏性高,路基状态受含水率影响显著。为研究含水率对红层泥岩填料动力特性的影响,开展了41组动三轴试验,5组压汞(mercury intrusion porosimetry,MIP)试验和3组扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验,结果表明:填料等效模量和阻尼比具有应变振幅相关性,可用Hardin-Drnevich双曲线模型表述。随动应力增大,填料累积变形由稳定型向破坏型过渡。含水率影响填料累积变形响应和临界动应力,相同应力水平下干侧填料累积变形明显低于湿侧填料,达到变形限值的振次高于湿侧填料。干侧填料临界动应力大于湿侧,临界动应力随初始吸力增加而增加,可用VG模型表述。从微观结构看,含水率增加将导致填料微观孔隙结构由单峰形态向双峰形态转变,填料组构由密实稳定逐渐向无序松散转变,最终在宏观上表现为干侧填料动力特性优于湿侧填料。填料临界动应力与静强度比值为65%~75%,采用静强度作设计指标将高估路基承载力。推荐采用5.0%~7.0%含水率填料填筑红层泥岩路基。

红层泥岩填料的力学特性及本构模型研究

在红层泥岩地区进行道路工程施工时,考虑到材料短缺和成本问题,常常采用就地取材的方式作为路基填料。为了研究红层泥岩填料的适用性,选取甘肃省永登县某工点的风化红层泥岩填料为研究对象,在室内开展一系列三轴CU剪切试验,探究含水率、围压和压实度对应力-应变曲线、峰值(残余)强度、抗剪强度指标的影响,并对不同类型的应力-应变曲线,分别采用相应的模型进行拟合。研究结果表明:含水率、围压和压实度对其物理力学特性具有显著影响;对符合应变软化型规律的曲线,采用沈珠江的双曲线模型拟合的规律一般;对符合应变硬化型规律的曲线,采用Duncan-Chang模型拟合的规律较好。研究结果可以为甘肃省红层泥岩路基的病害处治与维修提供参考依据。

红层泥岩填料蠕变特性及分数阶五元件非线性蠕变模型研究

为揭示红层泥岩填料的蠕变力学特性,对甘肃红层泥岩填料开展分级加载三轴CU蠕变试验,分析不同含水率和偏应力水平下红层泥岩填料的轴向蠕变、蠕变速率、应力-应变等时曲线等蠕变特性。基于红层泥岩填料蠕变曲线特征分析,引入分数阶微积分,构建适用于甘肃红层泥岩填料的分数阶五元件非线性蠕变模型,并对模型参数进行辨识和分析。研究结果表明:甘肃红层泥岩填料存在明显的蠕变特性,呈非线性衰减蠕变,随含水率与偏应力水平增大,蠕变变形明显增大;应力-应变等时曲线呈现出非线性特征,存在明显拐点,甘肃红层泥岩填料的长期强度为瞬时强度的0.6~0.8;所构建的模型可以准确地描述甘肃红层泥岩填料的蠕变特性,对试验结果的拟合效果明显比Burgers和Merchant模型拟合效果好。

粉煤灰改良红层泥岩填料静三轴试验研究

红层泥岩的吸水软化和体积膨胀特性易造成路基翻浆冒泥现象及路基不均匀沉降等病害,在作为公路路基填料时应对其进行改良。本文选用粉煤灰作为改良剂,通过室内X射线衍射试验、化学成分测试和易溶盐等试验,分析红层泥岩和粉煤灰的成分组成及离子含量;通过无侧限抗压强度试验、室内变水头渗透试验和固结等试验分析了试样改良前后物理力学特性;通过常规三轴UU试验,研究了不同粉煤灰掺量对改良试样剪切应力-应变及抗剪强度的影响;分析了粉煤灰掺量为10%时,养护龄期对改良试验抗剪强度参数的影响。结果表明:该地区红层泥岩属低液限黏土,其易溶盐溶液中的SO42-离子含量最高,pH值呈碱性;三轴剪切试验中,改良和未改良试样均呈塑性破坏,试样粉煤灰掺量和龄期均对试样抗剪强度提高具有促进作用,且黏聚力增长幅度远大于内摩擦角;粉煤灰掺量为10%龄期28 d时,试样黏聚力较未改良未养护试样和10%掺量未养护试样分别提升37.9%和6.9%,内摩擦角分别增大了1.2°和0.7°。试样的静力学试验均验证了粉煤灰改良的可靠性。

红层软岩崩解抑制剂对填料性质的影响

针对红层软岩路基填料在长期使用过程中因崩解引起的路基不均匀沉降和路面开裂等问题,首先提出了采用十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecyl benzene sulfonate,SDBS)溶液抑制红层软岩崩解的方法,在说明其抑制效果的基础上,分别采用0.1mol/L的SDBS溶液和蒸馏水制备红层填料最优含水率试样,然后开展三轴压缩试验和渗透试验。结果显示:采用崩解抑制剂制备的试样,其黏聚力和内摩擦角与蒸馏水制备样差异不大;在不同围压下,崩解抑制剂制备样的渗透系数均显著高于蒸馏水制备样,而其初始水力梯度小于蒸馏水制备样。同时,对于低强度母岩制备的填料,崩解抑制剂对渗透性的影响大于对强度的影响。研究表明,SDBS溶液不仅能有效抑制填料中岩块的崩解,而且能在保证填料强度基本不变的情况下,降低填料的初始水力梯度,提高其渗透系数,有利于红层软岩路基的长期稳定性。

红层泥岩填料物理力学特性的试验研究

通过对红层泥岩填料浸水前后的物理、力学特性的试验研究,表明红层泥岩散体填料在最优含水量附近可得到较大的密实度,在不浸水条件下满足高速铁路基床以下路堤对填料的强度和变形要求;浸水后有一定的膨胀性,其膨胀率远低于弱膨胀土的膨胀率;压实填料具有较大的软化性,工程设计时应考虑相应的防护措施。

某高速公路红层泥岩路基填料改良试验研究

分别选用石灰、粉煤灰、水泥作为改良剂,对某高速公路红层泥岩填料进行改良。对改良后的15组试样进行最优含水率、CBR值、无侧限抗压强度、耐崩解性、水稳定性的测试,并作电子显微镜扫描。结果表明:粉煤灰对最优含水率影响较大,石灰次之;水泥、石灰、粉煤灰对无侧限抗压强度、耐崩解性的改善整体排序为水泥>石灰>粉煤灰;相同配比情况下,水泥对填料的整体改善作用最好,石灰次之,当石灰掺入比为7%时无侧限抗压强度最大,即为最优配比。

红层软岩土石混合填料体的现场水平推剪试验研究

近20 a来,高速公路建设中红层软岩大量用作路堤填料,但对其抗剪强度特性及试验方法缺乏深入研究。根据湖南省湘潭至衡阳西线高速公路k123＋600-k124＋700段路堤的10个现场大型水平推剪试验,得出了红层软岩土石混合填料体的变形特点和相关的抗剪强度参数,为路堤的稳定性分析提供了必要的依据,同时也为其他类似材料的力学性质研究提供了一个可能的途径。

红层软岩填料的工程特性与填筑施工控制

红层软岩广泛分布于我国西南、西北、华中及华南地区,其具有易崩解、易风化、遇水易软化等特点。其作为地基填料,若未经科学合理处理,往往容易引发不同程度的开裂、沉陷甚至滑塌等病害。以中-贵联络线广元分输压气站填方工程为例,在对场地内红层软岩崩解性、压实性以及压实体水稳定性和膨胀性充分试验研究的基础上,结合场地试验段工程实践,提出了一整套红层软岩填料的合理填筑施工工艺,最终取得了良好应用效果。

公路路基红层土填料的特性研究

对公路路基红层土填料的强度特性进行分析,结果表明,较低的干湿循环次数会对红层土填料的峰值强度造成恶化,而多次干湿循环后红层土填料的峰值强度会有不同程度的上升,且峰值强度与围压密切相关,围压越大则相应的峰值强度越高。红层土填料的极限密实度在高围压下更容易达到,且干湿循环次数越多越接近极限密实度,围压越大的试样在相同循环次数下的强度会越高。随着干湿循环次数增加,红层土填料的内摩擦角呈现逐渐增大的特征,而黏聚力呈现先减小后增大的特征,在干湿循环次数为2时,取得黏聚力最小值。侧限条件下,经过8次干湿循环后,岩块单轴抗压强度仍然要高于红层土填料的抗压强度,可见,侧限有助于提升红层土填料试件的抗压强度。