Influence of expanded polystyrene size on deformation characteristics of light weight soil

Deformation characteristics of light weight soil with different EPS (expanded polystyrene) sizes were investigated by consolidation tests.The results show that the confined stress-strain relation curve is in S shape,which has a good homologous relation with e-p curve and e-lgp curve,and three types of curves reflect obvious structural characteristics of light weight soil.When cement mixed ratio and EPS volume ratio are the same for different specimens,structural strength decreases with the increase of EPS size,but compressibility indexes basically keep unchanged within the structural strength.The settlement of light weight soil can be divided into instantaneous settlement and primary consolidation settlement.It has no obvious rheology property,and 90% of total consolidation deformation can be finished in 1 min.Settlement-time relation of light weight soil can be predicted by the hyperbolic model.S-lgt curve of light weight soil is not in anti-S shape.It is proved that there is no secondary consolidation section,so consolidation coefficient cannot be obtained by time logarithm method.Structural strength and unit price decrease with the increase of EPS size,but the reducing rate of the structural strength is lower than that of the unit price,so the cost of mixed soil can be reduced by increasing the EPS size.The EPS beads with 3-5 mm in diameter are suggested to be used in the construction process,and the prescription of mixed soil can be optimized.

刚性挡土墙后轻量土静止土压力特性模型试验研究

为了研究轻量土对挡土结构物的减压机理,通过开展大比尺刚性挡土墙模型试验,采用重物堆载的方式在填土表面施加均布荷载,分析重塑黄土和轻量土作为墙后填土时的静止土压力分布规律。结果表明:轻量土在养护阶段的静止土压力随着时间增长而逐渐增大,但增幅逐渐降低。重塑黄土和轻量土的静止土压力随着填土深度增加近似线性增大,并且静止土压力随着加载而逐渐增大,其中重塑黄土的增幅明显偏大。对比重塑黄土和轻量土的静止土压力,发现轻量土具有明显的减压作用,且填土表面均布荷载越大,轻量土的减压效果越好。重塑黄土和轻量土的静止土压力系数均不是常数,其中重塑黄土静止土压力系数为0.34~0.78,轻量土静止土压力系数为0.22~0.55。当填土表面作用均布荷载时,传统理论在计算重塑黄土静止土压力方面适用性较高,但轻量土计算误差较大。结合模型试验以及传统理论,提出了适用于轻量土的静止土压力修正公式,对比发现其相对误差总体上介于1.01%~23.13%。通过模型试验和理论计算揭示了轻量土的静止土压力特性,对于完善轻量土土压力理论具有重要意义。

超细铁尾矿气泡混合轻质土优化设计研究

目的:为了实现超细铁尾矿在气泡混合轻质土中的高效利用,以最优力学性能为目标,进行了配合比优化设计。方法:基于BBD响应面曲面法,以尾矿掺量15%~30%、泡沫掺量4%~6%、水料比0.4~0.6为变量,以7 d和28 d抗压强度为响应值,设计了17组配合比,并分析了组成因素间的相互作用对抗压强度的影响程度。结果:泡沫掺量对超细铁尾矿气泡混合轻质土抗压强度影响最为显著,其次是水料比和尾矿掺量;从两因素交互作用上看,尾矿掺量和泡沫掺量交互作用对抗压强度影响最为显著;通过对回归模型的极值求解,当尾矿掺量为34.19%、泡沫掺量为4.34%、水料比为0.45时,超细铁尾矿气泡混合轻质土具有最优的力学性能。结论:经优化设计后的超细铁尾矿气泡混合轻质土可满足填筑工程技术要求。

EPS粒径对轻量土抗剪强度的影响规律

为了确定EPS粒径对轻量土抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了水泥掺入比12%、20%,EPS颗粒体积比40%的3种EPS粒径混合土的抗剪强度特性。结果表明:轻量土的剪应力–剪切位移关系曲线有硬化、软化两种形态,取决于水泥掺入比、法向应力等因素。抗剪强度包线为折线型包线,与传统结构性土体包线形态一致。水泥掺入比与EPS颗粒体积比相同时,随着EPS粒径增大,轻量土密度不变,抗剪强度减小,单价降低,但强度衰减率远远低于单价降低率;剪切面上EPS发生剪缩与剪断,受水泥掺入比、EPS粒径的控制;黏聚力随EPS粒径增大而减小,内摩擦角没有显著变化规律。轻量土剪切破坏过程,可以划分为变形协调、逐渐破损、纯摩擦3个阶段。提出了固化土、EPS 3界面接触抗剪强度模型,从理论上证明了混合土强度随EPS粒径增大而衰减的规律。根据混合土的强度衰减率低于单价降低率,推荐实际生产过程中可以采用3～5 mm的EPS球粒,进行配方寻优,适当降低造价。

拓宽方式对软土路基工程特性影响的离心模型试验

如何保持新旧路基间的变形协调是拓宽工程中普遍关注的问题,目前尚缺乏对于拓宽方式对软土路基工程特性影响的直接对比分析。本文开展离心模型试验,采用普通填料或气泡轻质土进行放坡或挡墙拓宽,分析了新旧路基变形、地基土中孔压和土压力在路基拓宽后的变化规律。试验结果表明,气泡轻质土显著减小拓宽过程中产生的孔隙水压力增量和附加应力增量。相较于边坡拓宽,挡墙拓宽方式对地基影响更小。轻质土路堤采用挡墙拓宽方式引起的挡墙倾角和墙背土压力均较小。采用Boussinesq公式计算得到的拓宽路堤引起的地基中附加应力分布与实测值基本吻合,且偏于保守。本文的研究成果对指导路基拓宽工程具有借鉴意义。

轻量土最优含水率模型与检验

为确定不同配比轻量土的最优含水率,提出ρd-w模型,qu-w模型,RS-w模型3种最优含水率模型,假设3种模型可以统一表示为开口向下的抛物线函数,从理论上推导出了最优含水率解析式。为检验3种最优含水率模型及确定模型系数,通过试验对轻量土物理力学特性进行了研究。结果表明:轻量土的干密度、无侧限抗压强度、比强随着含水率的增大,先增大后减小,存在最优含水率,曲线形态类似于抛物线。用3种最优含水率模型对实测数据进行回归分析,模型计算得到的最优含水率与图解法直接得到的含水率值是极其接近的。结合前人成果,qu-w模型,RS-w模型对应的最优含水率几乎相同,而与ρd-w模型对应的含水率略有差别,3种模型对应的最优含水率基本上是相同的。轻量土的最优含水率为混合物物理需水与化学需水的总和,是复杂物理化学反应需水量的外在表现,是3种模型具有统一性的理论基础。以RS-w模型为例,计算出了轻量土各组分的质量需水率,与原材料性质关系较为密切。

轻量土及其在工程中的应用

轻量土可以分为发泡聚苯乙烯(EPS)块、发泡颗粒混合轻量土、气泡混合轻量土(FCB)和次生材料混合轻量土4种类型。根据其湿密度的不同,又可以将轻量土分为超轻量土、轻量土和准轻量土3个大类。由于轻量土具有轻量性、自立性、流动性、隔热性、耐水性、耐久性等特性,可以大幅度减小上部荷载和土压力。因此,在软土地基、山区陡峻斜坡的路基、桥涵等工程中得到了广泛的应用。在目前的实际设计和施工中,轻量土的设计可以参照国外的有关规程或手册。

气泡混合轻质土的研制及其性能

起泡剂是制备气泡混合轻质土的关键，通过研制复配起泡剂，选用粘性土作为原料土，制作气泡混合轻质土并对其容重及强度性能进行试验研究。通过试验结果的综合分析，提出了该气泡混合轻质土容重及强度指标随各影响因素的变化规律。试验中所有制备试样的容重在0．591～1．124g／cm^3之间、强度在300～800kPa之间变化，能够达到实际工程应用的要求。

发泡颗粒混合轻量土静止土压力特性及计算方法研究

轻量土作为一种可以大幅度减轻挡土墙后填土压力的新型土工材料,在公路工程和土方工程中具有极大的应用优势。为了研究发泡颗粒混合轻量土静止土压力特性,通过K0固结试验、模型试验,探究了加载路径、配比、填土深度等对轻量土静止土压力和静止土压力系数的影响规律。结果表明,轻量土的静止土压力系数与加载路径、配比有关。在模型试验中,随着竖向应力的增加,轻量土的侧向土压力与填土深度关系曲线逐渐由直线型转换为折线型。随着荷载卸除,侧向土压力与填土深度关系曲线逐渐由折线形恢复为直线型。加卸载过程中侧向土压力随填土深度的增加在填土h/2处出现拐点,存在临界深度。模型试验中,轻量土的静止土压力系数为0.34~0.48,相比于素土而言,轻量土具有较好的自立性能。轻量土填土墙背侧向土压力大约为素土的22%~30%,能够大幅度降低挡土墙后土压力,表明轻量土具有较好的工程性能。从轻量土独特的结构特性出发,以传统超固结土静止土压力系数公式为基础,引入相对结构度k,建立了轻量土结构性静止土压力系数公式。并且通过K0固结试验与模型试验结果验证了新建公式预测值与实测值的差别,表明该公式相比Jaky公式具有较高的准确性。

特征含水率对轻量土基本性质的影响规律

为了研究最优含水率、流动上、下限含水率对轻量土性能的影响,通过密度、无侧限抗压强度试验研究了混合土的工程性质。结果表明:采用流动性指标(180 20 mm)控制混合土的流动性基本可行。混合土处于流动性上、下限含水率时,无侧限应力-应变关系曲线几乎重合,流动性上、下限含水率范围内土壤性质较为接近。无侧限抗压强度随含水率增加而衰减,但流动上、下限含水率对应强度差别不大。不管含水率高低,强度随龄期增长,都可以采用双曲线模型进行预测,并且总结了7 d、90 d强度与28 d强度之间的经验关系。当含水率为最优含水率时,混合土基本不收缩;在流动性上、下限含水率范围内,线收缩率范围为1.53%～4.71%,体积收缩率范围为4.53%～13.46%,收缩性受含水率、水泥剂量等因素影响。理想密度模型可以近似预测混合土的湿密度,高含水率时预测值有一定误差,误差范围为3.834%～8.231%。

轻量土击实密度模型与工程特性(英文)

为了探索软夹杂土体压实机理,指导轻量土配方设计与压实施工,基于混合土物质结构组成及土体压缩变密的物理本质,建立了击实密度模型。试验发现模型预测值与实测湿密度基本一致,绝对误差仅有0.003~0.051 g/cm3,相对误差仅有0.282%~5.267%,证明击实密度模型可以准确预测混合土不同击实条件下的湿密度。EPS颗粒压缩率、混合土湿密度随击实次数增大而增大,增大趋势逐渐变缓;混合土孔隙比随击实次数增大而减小。在击实作用下,轻量土湿密度的提高是由土体的孔隙减少和EPS颗粒软夹杂的塑性压缩共同完成的。与砂土轻量土性质相似,粘土轻量土的湿密度、无侧限抗压强度随击实次数增大而增大。n=25击时,EPS颗粒压缩率范围6.13%~11.51%;n=94击时,EPS颗粒压缩率范围12.80%~14.87%。证明规范规定的击实次数与击实能量适合混合土的击实,不会导致EPS颗粒消泡。考虑到击实密度模型参数测定非常繁琐,根据工程实际情况,假设压实过程中土料含水量不变与压实后土颗粒-EPS颗粒之间的孔隙近似为0,进一步提出了简化击实密度模型,并且通过试验证明了简化模型完全适用于实际工程。

木荷等5个树种不同基质育苗效果分析

为研究轻基质与黄心土两种不同基质育苗效果,选用木荷(Schima superba)、桃花心木(Swietenia mahagoni)、闽楠(Phoebe bournei)、红锥(Castanopsis hystrix)、红桂木(Artocarpus nitidus)5个主要造林树种,开展轻基质与黄心土育苗对比试验。结果表明:轻基质苗保存率总体比黄心土苗高1个百分点;轻基质苗高、径生长量明显优于黄心土苗,平均苗高高出16.3 cm,平均地径高出0.3 cm;生长节律比较显示:芽苗移栽后,轻基质苗比黄心土苗恢复快,高、径生长快,且苗木整齐均匀,轻基质苗高和地径的变异系数分别比黄心土苗低1个和5个百分点。因此认为轻基质育出的种苗质量高。

聚苯乙烯颗粒对轻质混合土的影响

在室内试验的基础上,对轻质混合土密度、抗压强度、压缩变形特性等进行了分析,结果表明:EPS颗粒含量变化对降低轻质混合土的密度作用效果显著;EPS颗粒含量对混合土抗压强度的影响很小,抗压强度主要取决于水泥的含量;在压缩变形特性方面,荷载小于混合土压缩屈服应力时EPS颗粒含量对混合土的压缩变形量影响较小。由此认为EPS颗粒在降低混合土密度方面具有一定的优越性,但对混合土的抗压强度、压缩变形量影响不明显,所以将混有EPS颗粒的轻质混合土作为填土材料具有很好的应用前景。

泡沫轻质土的环境耐久性试验研究

泡沫轻质土是一种广泛应用于路基填筑、坑道回填等方面的轻质材料,其环境耐久性是保证结构使用寿命的关键因素。通过干湿循环试验和冻融试验,系统分析泡沫轻质土材料的水稳定性和抗冻性能等环境耐久性技术指标。试验结果表明,泡沫轻质土的环境耐久性随着水泥掺入量的增大而提高,试验范围内泡沫轻质土的环境耐久性良好。

挡土墙后EPS颗粒混合轻量土填料静止土压力特性模型试验研究

为确定EPS(发泡聚苯乙烯,expandablepolystyrene)颗粒混合轻量土在挡土墙后的静止土压力特性,通过对素土和轻量土开展室外挡土墙模型试验,探究加卸载条件下土体在挡土墙后静止土压力、静止土压力系数、竖向沉降量的分布规律,揭示轻量土填料在挡土墙工程中的减压机制和沉降变形机制。结果表明:在加卸载之前,素土和轻量土的竖向土压力、侧向土压力随着填土深度的增加近似呈线性增加趋势,其理论值和实测值间的相对误差不大于26.35%。荷载对素土竖向土压力和侧向土压力的影响随着填土深度的增加而逐渐减小。轻量土养护成型后具有自立性,荷载对其影响深度有限,试验中轻量土的荷载影响区深度大致为H/2(H为墙高)。当填土深度小于H/2时,随着荷载的逐级增减,轻量土竖向土压力、侧向土压力增加和减小较为明显;当填土深度大于H/2时,竖向土压力、侧向土压力随着荷载的逐级增减逐渐出现收敛,变化幅度较小。素土与轻量土静止土压力系数在挡土墙后呈非线性分布,分别处于0.27~0.74和0.33~0.44范围内。由Jaky公式计算的轻量土静止土压力系数理论值基本大于试验实测值,但差值较小。素土的竖向沉降变形随填土深度的增加而逐渐减小,总体介于0~21.5 mm。而养护成型的轻量土在荷载的作用下,竖向沉降量变化不明显,总体介于0~2.8 mm。相比素土而言,由于EPS颗粒的缓冲作用以及水泥的固化作用,使养护成型的轻量土具有良好的缓冲性和自立性,可对竖向应力进行更有效的吸收和分散。轻量土可大大减小静止土压力、静止土压力系数和竖向沉降量,满足挡土墙工程中对填料减重增强的要求。

EPS颗粒混合轻量土的动变形特性及修正Hardin-Drnevich模型研究

为探究EPS颗粒混合轻量土的动变形特性,通过动三轴试验研究了不同配比、围压对轻量土骨干曲线、Hardin-Drnevich模型参数的影响规律,建立了修正Hardin-Drnevich模型,并对修正模型进行了验证。结果表明:轻量土的骨干曲线呈现出明显的非线性特性与应变硬化特征。轻量土动剪切模量的倒数与剪应变关系曲线符合线性递增的变化规律,其动变形特性可以由Hardin-Drnevich模型描述。最大动剪切模量的倒数和最大动剪应力的倒数随着围压和水泥掺量的增大而减小,随EPS颗粒体积比的增大而增大。在Hardin公式的基础上,引入相对结构度k和广义孔隙比e’,提出了模型参数的表达式,建立了修正Hardin-Drnevich模型。通过改变应力状态和应力路径对轻量土进行动三轴验证试验,发现模型计算值与试验值间的相对误差均小于11%,修正Hardin-Drnevich模型对轻量土骨干曲线的预测结果良好,这表明修正Hardin-Drnevich模型可以描述轻量土特殊结构性在复杂受力条件下的动力响应。

EPS颗粒轻质混合土蠕变特性试验研究

利用双联高压固结仪,采用分级加载和分别加载方式,对新型填土材料EPS颗粒轻质混合土的蠕变性进行了对比试验研究,并基于试验结果建立了压缩蠕变本构关系式.试验结果表明:EPS颗粒轻质混合土呈现衰减蠕变特性,不出现急剧流动阶段;压力越大,达到蠕变稳定的时间越长.由蠕变本构关系式计算的蠕变变形与试验数据对比表明,这种蠕变本构关系式总体上能够反映这种新型填土材料的蠕变特性,可应用于工程实践.

泡沫轻质土加宽高速公路路基的应力观测与分析

通过预先埋设的设备,对泡沫轻质土加宽高速公路路基的受力特性进行了实际观测与分析,得出了泡沫轻质土填筑高速公路加宽路基时的受力规律,为高速公路扩建工程的断面优化打下了基础。

气泡混合轻质土在地铁隧道减荷中的应用

简要介绍了气泡混合轻质土的概念,并介绍了气泡混合轻质土的轻质性、强度和容重的可调节性、易施工性及良好的环保特性;以此为基础,介绍了气泡混合轻质土在地铁隧道减荷中的首次应用,并结合抽芯试验报告,说明了气泡混合轻质土首次应用于地铁隧道减荷的可行性及其工程意义。

轻量土技术及其在公路工程病灾防治中的应用

公路工程病灾的防治对于保证公路的安全运行具有十分重要的意义,传统的防治方法存在其固有的缺陷。轻量土技术是近年来出现的一种新工法,在国内外公路工程病灾的防治中取得了良好的效果。本文介绍了轻量土特点及其应用历史,探讨了其在常见的公路病灾中的应用情况。研究结果表明,轻量土具有轻量性、耐久性、施工性、隔热性等优点,用轻量土技术可以有效地防治常见的公路工程灾害。