泡沫轻质土在高速公路改扩建工程路堤抬升段中应用的数值模拟

在我国高速公路改扩建工程中,由于新旧标准的差异,导致出现了纵断面抬升的路段,该路段不仅需要考虑拼宽路基的沉降问题,还需要考虑抬升的附加荷载作用在老路基所产生的附加沉降影响。本研究以江苏某高速公路改扩建工程为实例,阐述了泡沫轻质土置换老路的厚度计算方法,运用有限差分软件建立填土和泡沫轻质土拼宽改造的数值模型,对比分析了泡沫轻质土改造后地基土的沉降和变形的特征,发现泡沫轻质土引起的地基土的塑性增量较小,塑性变形增量区域较小,并探讨了泡沫轻质土路堤施工质量的控制要点和注意点,为软土地基中的高速公路的改扩建工程提供一套控制差异沉降的设计和施工方法。

河道淤泥气泡混合轻质土动力特性及本构模型研究

河道淤泥气泡混合轻质土(FMLSS)是一种较新颖的疏浚淤泥在工程领域废物再利用方式。利用室内动三轴试验分析了不同的围压、含水率、水泥掺入量和气泡含量条件下FMLSS动应力应变骨干曲线的变化规律。结果表明,FMLSS动应力应变骨干曲线呈现先线性增加然后逐渐趋稳的规律,符合双曲线模型;相比围压、含水率和气泡含量的影响,水泥掺入量对FMLSS动应力应变关系的影响更显著。考虑到FMLSS力学性质的复杂性,对原有Hardin-Drnevich模型进行改进,提出修正系数k及其函数表达,再由拟合曲线反推求出k值并对其变化规律进行分析,发现k值随围压、水泥掺入量和气泡含量的增加而减小,随含水率的增加而增大。根据拟合结果对k值函数中的待定系数进一步优化,最后建立起符合FMLSS动力特性的修正Hardin-Drnevich模型,为其稳定分析、灾变预测及工程应用提供支撑。

岩基上坞式闸室结构受力分析及其优化设计

对于水头较高的船闸工程,坞式结构存在抗滑稳定性不足、结构应力较大的缺点。为此,提出坞式结构的3组优化方案:加大截面尺寸、增加悬臂、泡沫轻质土置换回填土。通过定义抗滑影响因子δ分析3组优化方案对抗滑稳定性的影响,利用有限元模型并引入截面尺寸的解析算法分析3组优化方案的结构应力变化。结果表明,增加悬臂方案对抗滑稳定性的优化效果最为明显,泡沫轻质土置换方案对于改善结构内力更为经济合理。

寒冷地区气泡混合轻质土应用性能研究

为促进气泡混合轻质土在寒冷地区工程的应用,对气泡混合轻质土及其表面密封处理后的热工性能和抗冻性能进行试验研究。结果表明:气泡混合轻质土具有良好的热工性能,导热系数随密度的降低而降低,二者成线性相关;当容重等级高于W9,不采用表面密封处理,气泡混合轻质土可经受15次冻融循环不发生冻融破坏,当采用表面密封处理,容重等级为W7即可满足;表面密封处理有利于保证气泡混合轻质土抗冻性,柔性材料具有适应温度变形的能力,密封效果优于刚性材料。

粉煤灰气泡混合轻质土配合比设计与性能研究

文中以工程配合比为基础,采用控制变量法,研究粉煤灰掺量、泡沫量和水灰比对粉煤灰气泡混合轻质土性能的影响。结果表明,粉煤灰降低了气泡混合轻质土的早期强度,但能提高后期强度;湿容重随着粉煤灰和泡沫掺量的增加逐渐减小,随着水灰比的增大先增大后减小;抗压强度随着粉煤灰掺量的增加先减小后稍有增加再减小,随着泡沫量的增加逐渐减小,随着水灰比的增大先增大后减小;粉煤灰掺量、泡沫量、水灰比的适宜取值分别为15%~35%、600~800 L/m^(3)、0.55~0.61。

气泡混合轻质土路堤最佳浇筑厚度的确定方法

气泡混合轻质土是一种新型的环保岩土材料,已开始作为路堤填料应用。然而至今每层的最佳填筑厚度问题仍未解决。基于研制的一种可用于测量施工期气泡混合轻质土强度沿路堤深度变化的仪器,在给出相应的测试原理和测试步骤,以及确定最佳浇筑厚度判定依据的基础上,通过工程实例的论证,提出了气泡混合轻质土作为路堤填料时最佳浇筑厚度的确定方法。针对现场试验段的工程情况,建议浇筑厚度控制在500 mm以内。该项研究不仅有利于气泡混合轻质土作为路堤填料的施工质量控制,而且为其更广泛地应用提供技术支撑。

基于加速应力试验方法的气泡混合轻质土使用寿命估计研究

基于加速应力试验方法,借助概率统计理论分析了以水泥、水和气泡群为组成材料的气泡混合轻质土疲劳寿命的特点及其分布,建立了气泡混合轻质土的线性化疲劳方程,预测了气泡混合轻质土在正常车辆荷载作用下的使用寿命。研究结论表明:通过不同加速应力下疲劳寿命的平均值、标准差和变异系数3个指标判别,同一应力下的气泡混合轻质土的疲劳寿命离散性较小,离散程度随着加速应力的增大而增大;基于加速应力试验结果线性回归分析,证明气泡混合轻质土疲劳寿命服从对数正态分布;建立了气泡混合轻质土的疲劳寿命方程,表明疲劳寿命的对数是加速应力的递减函数;估计了正常车辆荷载作用下气泡混合轻质土的平均使用寿命约为73 a。

基于AHP-FCE方法的气泡混合轻质土耐久性评估

为提高气泡混合轻质土的耐久性能,将层次分析法(AHP)和模糊综合评价法(FCE)相结合,对气泡混合轻质土耐久性进行综合全面评估。基于气泡混合轻质土的物理力学性质,从初步设计、施工工艺和运行管理角度出发,选择相应的影响因子,建立了影响因子等级标准;建立了基于目标层、准则层和指标层的气泡混合轻质土耐久性综合评估模型,通过AHP法确定下一层次相对于上一层次的影响权重,并对判断矩阵进行一致性检验,证明了影响因子权值分配的合理性;构建了适用于各影响因子的隶属函数,计算相应的隶属度,并给出模糊综合评价的具体方法;以广东某高速公路S03标段收费岛范围的轻质土路基为实例,对该项目进行耐久性综合评估,证明了AHP-FCE方法的实用性与可靠性。

掺铝土尾矿泡沫轻质土的物理力学及水力特性研究

为更好地利用大量废弃的铝土尾矿泥,可将其用于泡沫轻质土的制备。本实验研究了铝土尾矿泡沫轻质土在四种设计湿密度下流动度、无侧限抗压强度、体积吸水率及微观结构的变化规律,并建立其无侧限抗压强度与湿密度的关系,揭示体积吸水率随浸泡时间的变化规律。试验结果表明,铝土尾矿泡沫轻质土的无侧限抗压强度随设计湿密度的增加而增大,铝土尾矿泥不仅可作为泡沫轻质土的骨料,也可充当胶凝材料取代部分水泥,无侧限抗压强度随着湿密度的增加呈近似指数型增长。铝土尾矿泡沫轻质土湿密度和体积吸水率随浸泡时间的延长先迅速增长而后变得缓慢,最后趋于稳定,且体积吸水率随着设计湿密度的增大而减小。随着水泥和铝土尾矿泥含量增大及泡沫含量减小,铝土尾矿泡沫轻质土孔隙逐渐变得稀少,结构变得更加密实,强度增长较为明显。此材料的应用将为工程建设带来巨大的经济和环境效益。

河道淤泥气泡混合土微观构造及力学性质相关性

基于河道淤泥气泡混合土(FMLSS)的微观构造特征,通过微观构造观察和分析,评价了FMLSS的强度特性和破坏机理。试验结果表明,保持FMLSS含水量一定,随着气泡掺入量的增加,FMLSS的内部平均等效孔径和气孔面积百分比含量呈线性增大趋势、而随着水泥掺入量的增加呈减小趋势;随着气泡掺入量的增加,FMLSS的气孔大小分布的均匀性降低,气孔平均等效孔径增大。试验结果还表明,FMLSS的强度发挥及破坏机理与FMLSS的气孔分布的均匀性以及等效孔径等微观构造参数存在明显的相关性。

动力荷载作用下河道淤泥气泡混合土的变形特性试验

为了解河道淤泥气泡混合土(FMLSS)在动力荷载作用下的变形特性,采用室内动三轴试验研究了围压、含水率、水泥掺入量和气泡含量对FMLSS动变形特性的影响。试验结果表明:FMLSS的动应力应变关系曲线符合双曲线关系,在一定的动应力作用下,动应变随围压和水泥掺入量的增大而减小,随含水率和气泡含量的增大而增大;当动应变相同时,FMLSS的动弹性模量随围压和水泥掺入量的增大而增大,随含水率和气泡含量的增大而减小,动弹性模量与动应变的关系曲线为平缓衰减型;含水率和水泥掺入量是影响FMLSS变形特性的主要因素。

河道淤泥气泡混合土动力特性试验研究

利用室内动三轴试验研究了河道淤泥气泡混合土（FMLSS）在动力荷载作用下的动力特性,探讨了围压、水泥掺入量、气泡含量和含水率对FMLSS的动剪切模量与阻尼比的影响。结果表明：FMLSS的动剪切模量随动剪应变的增大而减小,阻尼比随动剪应变的增大而增大。当动剪应变相同时,动剪切模量和阻尼比都随着围压的增大而增大;随着水泥掺入量增大,动剪切模量增大而阻尼比减小;动剪切模量随着气泡含量和含水率的增大而减小;阻尼比随着含水率的增加先减小后增大,受气泡含量的影响不显著。FMLSS的关系曲线呈平缓衰减型,阻尼比在0.01-0.03之间,体现出FMLSS是良好的弹性材料。

聚丙烯纤维气泡混合轻质土抗压力学性能研究

通过聚丙烯纤维气泡混合轻质土标准试件无侧限抗压试验来探究聚丙烯纤维含量及纤维长度对气泡混合轻质土抗压强度的影响。试验结果表明:气泡混合轻质土的抗压强度随着聚丙烯纤维含量的增加而提高,且龄期越长,其强度增长效果越显著;当抗压强度达到峰值后,随着聚丙烯纤维长度的增加,气泡混合轻质土的抗压强度曲线呈降低趋势,且存在纤维长度最优值。结合材料应力应变曲线,采用坐标无量纲化处理及分段式受压曲线方程理论,初步建立了聚丙烯纤维气泡混合轻质土单轴受压全曲线函数方程,并采用离散数据数值分析方法对应力应变曲线下降段的理论函数方程进行修正,给出了具有明确物理意义的聚丙烯纤维气泡混合轻质土单轴受压全曲线分段函数方程。

不同粘土掺量对气泡混合轻质土性能影响研究

为了探究不同掺量粘土作为掺合料的气泡混合轻质土强度特性,以水泥、粘土、发泡剂等为原料,制备高性能、低密度的泡沫混凝土,进行了不同粘土掺量、养护龄期等对气泡混合轻质土无侧限抗压强度及模量等性能的影响研究。结果表明:在水料比一定时,随着粘土用量增加,气泡混合轻质土轻质土的强度会逐渐降低,根据不同掺量强度变化曲线,结合规范要求,粘土掺量控制在20%、25%、32%以内,可分别用于路床、路堤和地基土置换。

FMLSS微观构造特征与强度相关性分析

通过对河道淤泥气泡混合土(FMLSS)微观构造特征的观测,考察了反映FMLSS微观构造特征的微孔分布参数的特性及其变化规律。结合不固结不排水三轴试验结果,进一步分析了微孔分布参数与FMLSS强度指标的相关性,从微观构造角度揭示了FMLSS的强度发挥及破坏机理。

河道淤泥气泡混合土细观破坏机理模拟分析

河道淤泥气泡混合土是由固体土体和微孔组成非均质复合材料,微孔结构形状及分布特征是影响气泡混合土力学性质的主要因素。基于河道淤泥气泡混合土内部微孔分布的细观特征,利用物理力学及数值模拟试验方法,对河道淤泥气泡混合土的力学性质与微孔细观特征的相关性进行分析,以揭示河道淤泥气泡混合土的强度发挥及破坏机理。根据模拟计算及试验实测得到:大孔径微孔及微孔孔径分布的均匀性是影响气泡混合土力学性质的重要因素;其次,河道淤泥气泡混合土中的气泡掺入量、水泥掺入量也是影响河道淤泥气泡混合土力学性质的主要因素。

河道淤泥气泡混合土工程性质试验研究

河道淤泥气泡混合土(FMLSS)是一种具有轻质、高强度及良好流动性的新型工程材料,工程应用广泛。基于此,利用包括密度、强度与固结等物理力学试验方法,考察了FMLSS在不同水泥掺入比、气泡掺入比、含水量及养护龄期条件下的物理力学性质。试验结果表明:FMLSS具备良好的轻质性,其密度、强度与变形等物理力学性质主要受水泥掺入比、气泡掺入比及含水量等因素的影响,其中不同因素交叉作用的影响不可忽略;此外FMLSS的强度与刚度作用的发挥还受养护龄期的影响,且与养护龄期呈较好的双曲线关系;在承受外荷载作用时,FMLSS表现出良好的抵抗变形能力。研究结果表明FMLSS具有良好的工程适用性及应用前景。

铝土尾矿泡沫轻质土的物理力学性能及细观特征

为了降低泡沫轻质土生产成本并促进其在土木工程中的广泛应用,本工作提出将大量废弃的铝土尾矿泥用于制备泡沫轻质土的方法,并通过开展铝土尾矿泡沫轻质土合成正交试验,对铝土尾矿泡沫轻质土流动度、湿密度及无侧限抗压强度的影响因素进行敏感性分析,揭示面积孔隙率对铝土尾矿泡沫轻质土物理力学性能的影响规律,并建立相互之间的关系式。研究结果表明,铝土尾矿泡沫轻质土湿密度和无侧限抗压强度的最大影响因素是泡沫掺量,其次是水泥掺量,铝土尾矿泥掺量影响最小;湿密度从450 kg/m^(3)增加至1080 kg/m^(3)时,面积孔隙率由97.65%降至57.15%,面积孔隙率随湿密度的增加呈指数型减小;随着铝土尾矿泡沫轻质土面积孔隙率的增加,28 d无侧限抗压强度呈指数型减小,而体积吸水率呈线性增加。研究结果为铝土尾矿泥在泡沫轻质土中的应用提供了配合比参考。

河道淤泥气泡混合土微观构造对其力学性能的影响

为分析河道淤泥气泡混合土的微观构造与其力学性质的相关性,通过压汞试验(MIP)探究河道淤泥气泡混合土(FMLSS)的微观构造特征,分析水泥含量、气泡含量及含水量对FMLSS微孔大小与微孔均匀程度的影响规律,并结合混合土强度指标对比分析微观试验结果与宏观特性,考察两者的相关性。分析结果表明,压汞法可用于研究FMLSS的微观构造特征,其中最可几孔径(出现概率最大的微孔孔径)与大小气孔体积比K可作为衡量FMLSS内部气孔大小分布的指标,不均匀系数Cu与曲率系数Cc可作为判别气孔分布均匀程度的指标。研究成果对于从微观构造角度揭示FMLSS的强度发挥及破坏机理有重要意义。

河道淤泥气泡混合土抗剪性能试验研究

为研究卸荷因素和气泡含量对河道淤泥气泡混合土(FMLSS)抗剪性能的影响,采用应变控制式ZJ型直剪仪对FMLSS进行常规加荷及不同卸荷条件下的直剪试验。试验结果表明:在预压卸荷条件下,卸荷比越小,卸荷后维持的荷载水平越高,FMLSS的抗剪性能越强。在卸荷后维持荷载相同的条件下,FMLSS的抗剪性能随着预压荷载的增大而增大;与常规加荷条件下的强度指标相比较,考虑卸荷影响时FMLSS的粘聚力减小,而内摩擦角变化不大;在考察气泡因素影响时,气泡含量对FMLSS抗剪性能影响较大。