轻量砂变形及强度特性三轴试验研究

通过三轴试验系统研究了新型土工材料——轻量砂的变形及强度特性。结果表明,不同的配比、龄期使轻量砂具有不同的原生结构强度,围压使不同原生结构强度的土样处于剪胀或剪缩状态,导致发生应变硬化、应变软化以及相应状态下孔压的3种对应形态变化。变形模量随EPS(发泡聚苯乙烯)球粒掺入比的增大而线性减小,随水泥掺入比、龄期增大而线性增大,相同配比的土样变形模量与围压关系不大;三轴抗压强度随EPS球粒掺入比增大而呈负指数关系减小,随水泥掺入比、龄期、围压增大而线性增大,存在水泥掺入比阀值;土骨架转换效应对于土样强度的影响很大,造成了土体单轴、三轴抗压强度分带,高水泥掺入比能够大大弱化EPS颗粒的土骨架效应。结合前人成果,系统地研究了轻量砂密度、无侧限抗压强度的影响因素,引入材料学中比强的概念,提出了单价比强图结合配方公式的方法,对轻量土砂进行配方优化。分析了轻量土砂应力-应变关系转型问题,提出采用无侧限抗压强度来表征不同配比、龄期轻量土砂的原生结构强度。通过试验与数理统计,建立临界围压与原生结构强度的关系,为数值模拟计算与建立本构模型奠定了基础。

轻量砂抗剪强度特性三轴试验研究

为了开发利用轻量砂,在对国内外具有明确物理含义的土的破坏取值标准进行系统研究的基础上,通过三轴试验对轻量砂的抗剪强度特性进行研究。研究结果表明:土的破坏取值标准有变形标准和强度标准,二者统一于有效应力原理,都与孔压发展路径有密切关系。应力-应变曲线的软化、硬化是轻量砂剪胀和剪缩的外在表现,软化型宜采用最大有效主应力比或最大主应力差标准,二者不会导致轻量砂抗剪强度指标的显著差别,硬化型宜采用轴向应变15%标准。轻量砂的Mohr破坏包线形态是由其原生结构强度与围压共同决定的,当围压大于试样的结构屈服应力,破坏包线可以用直线表示。黏聚力和有效黏聚力随着EPS球粒掺入比的增大而减小,随着水泥掺入比和龄期增大而增大;内摩擦角和有效内摩擦角随着EPS球粒掺入比的增大而减小,随着水泥掺入比和龄期增大而增大。EPS球粒的空间置换效应与水泥的结点固化效应共同决定轻量砂的抗剪强度特性。

发泡球粒粒径对混合轻量砂强度影响试验研究

为确定发泡球粒粒径对混合轻量砂的强度影响规律,采用三轴固结不排水试验系统研究发泡颗粒混合轻量砂在不同配比下(2~6 mm范围内4种不同发泡颗粒平均粒径,水泥掺入比13%和20%,发泡颗粒体积比为1.8)的强度特性。试验结果表明:发泡颗粒混合轻量砂是一种结构性土体,其应力–应变关系曲线具非线性、多阶段性、应变硬化和应变软化特性。Mohr破坏包络线有折线形和直线形2种表现形式,取决于自身结构强度和所选取的固结压力。变形模量和抗压强度具有可调节性,随水泥掺入比增大而增大。配比一定时,随发泡颗粒粒径增大,变形模量线性减小,抗压强度呈指数递减。黏聚力和内摩擦角均随着发泡颗粒粒径的增大而呈递减的趋势,但内摩擦角减小的幅度较小。水泥含量对黏聚力影响较大,对内摩擦角影响不明显。发泡颗粒粒径在2~5 mm范围内增大时,单价降低率远远大于强度衰减率,继续增大优势不明显,粒径为5~6 mm时,制样难度大大增加。综合考虑,推荐采用4~5 mm粒径的发泡颗粒进行工程设计。

砂土掺量对泡沫轻质土强度特性的影响研究

文章以水泥、砂、土、发泡剂等为原料,采用化学发泡方法制备高性能、低密度的泡沫混凝土,并研究了不同水泥掺量、砂和土的掺量、养护龄期等对高掺砂量泡沫轻质土无侧限抗压强度的影响。结果表明:在水料比一定时,随着砂或土用量增加到一定比例,高掺砂量泡沫轻质土的强度会有所降低;相同掺量下,掺加砂的强度明显比掺加淤泥质黏土的强度大;高掺砂量泡沫轻质土加砂后,其独特的强度特性需要在一定的时间以后才能显现得较为明显。