泡沫轻质土回填管道沟槽路面表层动力响应研究

市政道路下伏管道沟槽常采用土、砂子、碎石等传统散体材料回填,由于沟槽空间受限,压实度难以满足设计要求,管道破损渗漏或交通荷载作用下,容易造成路面开裂,甚至塌陷。泡沫轻质土具有轻质、高强、自密实、抗渗漏等特性,可以将其应用于管道沟槽回填工程。为了研究泡沫轻质土回填管道沟槽的路面动力响应特性,以振动加速度和动位移为动力响应指标,开展泡沫轻质土回填段和中砂回填段的路面动力响应现场试验。试验车速分别为20,40和60 km/h,车重分别为空载、半载、满载,共9种试验工况。研究结果表明,泡沫轻质土回填区段测点振动加速度最大值、动位移最大值分别为31.93 mm/s^(2)、6.23μm,而中砂回填区段分别为35.79 mm/s^(2)、6.90μm。振动加速度峰值、动位移峰值均随车重、车速的增加而增大。车重由空载变为满载时,泡沫轻质土回填区段测点动位移峰值变化幅度仅为中砂回填区段测点的15.2%~51.0%;车速由20 km/h增加至60 km/h时,动位移峰值变化幅度为中砂回填区段测点的16.8%~66.8%。泡沫轻质土回填区段振动加速度峰值衰减率、动位移峰值衰减率分别为中砂回填区段的1.16~1.38倍及1.15~1.33倍,削减了沟槽回填区段路面测点振动的高频和低频成分,泡沫轻质土回填区段整体刚度较好,减振效果良好。研究成果可为泡沫轻质土回填管道沟槽的设计施工提供参考。

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。

局部竖向受荷条件下泡沫轻质土极限承载力研究

为了揭示泡沫轻质土的承载特性及破坏特征,开展了局部加载条件下泡沫轻质土承载试验,考虑泡沫轻质土湿密度、龄期、加载位置等参数变化,测试得到了泡沫轻质土荷载-位移曲线和破坏模式。结果表明,在受竖向局部荷载作用时,泡沫轻质土呈现类似地基的“弯沉盆”式变形规律。当加载点位置不同时,试件的承载能力及破坏模式都有较大的变化,呈现出局部剪切破坏或直剪破坏。基于试验结果,在Terzaghi地基承载力理论公式的基础上,构建了泡沫轻质土极限承载力计算公式。

水泥基气泡轻质土冻融耐久性的研究

气泡轻质土作为一种新型材料因其具有轻质性、自密实、保温等优良特性,在寒区路基工程中有更加广泛的应用趋势。为了降低气泡轻质土的工程造价、充分利用当地资源,分别采用0%、20%、30%、40%粉质黏土和10%的粉煤灰替代部分水泥制备水泥基气泡轻质土,并开展了500 kg/m~3、600 kg/m~3、700 kg/m~3、800 kg/m~3湿密度下水泥基气泡轻质土的冻融耐久性试验。评价了不同粉质黏土掺量和湿密度对水泥基气泡轻质土冻融耐久性的影响。结果表明:(1)从质量损失率分析,掺量为20%、30%试件的质量损失率相对较小,冻融耐久性较好。(2)通过相对动弹模损失量分析,粉质黏土掺量40%和湿密度为500 kg/m~3试件的冻融耐久性较差,不宜使用。因为粉质黏土消耗了水泥水化作用需要的水分,且泡沫越多,试件内部越稀疏。(3)建立了以冻融循环次数、粉质黏土掺量为因子的相对动弹性模量预测模型公式,该模型验证结果较好且公式结构简洁,便于应用到实际工程中。

大掺量钢渣微粉-水泥泡沫轻质土的性能

【目的】提高钢渣利用率,实现部分钢渣替代水泥制备钢渣微粉-水泥泡沫轻质土,制备更加经济型的高性能泡沫轻质土。【方法】采用抗压强度、抗硫酸盐腐蚀等试验研究不同钢渣微粉掺量(质量比,下同)、水灰比(质量比,下同)、湿密度等泡沫轻质土物理力学特性及耐久性。【结果】随着钢渣微粉掺量的增加,泡沫轻质土抗压强度降低,吸水率增大,沉陷距减小;随着水灰比增大,泡沫轻质土吸水率、流值、沉陷距增大,抗压强度呈现先增后减的趋势,水灰比为0.7时,龄期为7、28、60 d的抗压强度达到最高,分别为0.68、0.90、1.28 MPa;随着湿密度的增大,抗压强度和流值增大,吸水率减小,沉陷距增大;施工湿密度为600 kg/m^(3)、水灰比为0.70、钢渣微粉掺量为50%时,泡沫轻质土水稳定系数为0.852,冻融稳定系数为0.752,28 d抗压强度可以达到0.90 MPa。【结论】钢渣微粉和碱性激发剂的掺入,能够有效提高钢渣利用率,同时减少水泥使用量;掺量为50%的钢渣微粉-水泥泡沫轻质土的力学性能得到保障。

干湿循环作用下吹填固化轻质土蠕变特性研究

采用新型固化技术对高含水率吹填土进行固化处理,通过三轴流变仪,考虑干湿循环次数、围压和初始静偏应力等因素研究其对吹填固化轻质土蠕变变形和抗剪强度指标的影响规律。试验结果表明:吹填固化轻质土具有密度小、质量轻及强度高等优点。在一定程度上,增大围压可有效缓解吹填固化轻质土的蠕变变形,而初始静偏应力对其影响较小,前7次干湿循环对土体破坏应力的影响最大,而后基本保持不变。抗剪强度指标c、φ值均随初始静偏应力的增加而逐渐降低,随干湿循环次数的增加呈现出先减小而后逐渐稳定的趋势,且前7次干湿循环,二者均呈指数函数降低;7次以后,变化均较小并逐渐稳定。基于c、φ值与时间关系曲线,分别构建了不同偏应力作用下吹填固化轻质土c、φ值的预测公式。根据蠕变曲线发展态势,通过回归分析,引入围压、初始静偏应力和干湿循环次数等因素,建立了吹填固化轻质土蠕变变形预测模型,并验证了其可行性。研究结果可为实际工程场地提供理论依据。

掺加黏土的固废基泡沫轻质土强度和耐久性研究

为减小工程造价和环境污染等问题,采用电石渣、石膏和矿渣固废全部替代水泥制备了泡沫轻质土,研究黏土掺量对固废泡沫轻质土耐久性的影响。研究结果表明:当黏土掺量由0%提高到45%时,试样7 d的抗压强度由2.16 MPa降至0.58 MPa,28 d劈裂抗拉强度由0.73 MPa降至0.18 MPa;干湿循环10次后,当黏土掺量分别为0%、25%和35%时,试样抗压强度分别为2.06、1.28和0.62 MPa;当黏土掺量为45%时,冻融循环10次后的试样被完全破坏。养护前7 d,所有试样收缩应变增幅较大,应变范围为1523×10^(-6)~1932×10^(-6)。黏土掺量为25%~35%时,相较于黏土掺量为45%的泡沫轻质土收缩性的改善更明显。该研究建议泡沫轻质土作为路床填料时,黏土掺量小于25%,路堤填料黏土掺量小于35%。

气泡混合轻质土在管道回填中的应用研究

在老旧道路管网改造项目中,管道回填的质量难以保证。文中通过研究发现,气泡混合轻质土应用在管道回填中,在工作面受限环境下不影响质量、方便施工、造价相近的要求。这表明气泡混合轻质土应用的质量控制关键点在于发泡剂、发泡剂和原材料的适应性、设备选择、配合比设计、浇筑过程控制、养护等。

纤维EPS轻质土抗压与动变形性能分析

通过无侧限抗压强度试验与动三轴试验研究EPS掺量、纤维掺量以及水泥掺量对纤维EPS轻质土力学特性的影响。结果表明:纤维EPS轻质土的无侧限抗压强度和水泥掺量呈正相关,和EPS掺量呈负相关。纤维的加入提高了试样的无侧限抗压强度峰值、残余强度和整体性。纤维掺量大于0.3%时,提升效果减弱。纤维EPS轻质土的动应力应变曲线表现为非线性上升;相同动应力和围压下,EPS掺量越大,试样的动应变越大;动弹性模量随EPS掺量增加而降低,随动应力的增加逐渐降低,围压的升高增加了试样的刚度。

浅谈轻质填料在路基中的应用

为减少路基沉降,通常采用轻质填料填筑路堤,其中常用的填料有粉煤灰、土工泡沫塑料和泡沫轻质土。通过工程实例,介绍了这3种填料在路堤中的填筑方法,并结合不同路堤高度、不同填料的工后沉降量及工程造价,对工程设计方案进行了比选。

矿粉气泡混合轻质土的影响因素及工程性能试验研究

西南山区低等级公路改扩建工程因地质条件复杂、可利用土地资源少、施工工艺与生态环保要求高等问题,亟需绿色环保、经济合理的公路升级改造方案。通过对气泡混合轻质土组成、作用机理进行介绍,探讨气泡混合轻质土影响因素与规律,对试配出5种矿粉掺量的气泡混合轻质土进行抗压强度、干缩变形试验,并结合实际应用效果进行了评价。结果表明:水泥水化与矿粉二次反应能促进气泡混合轻质土硬度增大,界面耦合效应提高界面强度和密实性;硅酸盐水泥的效果最好,发泡剂掺量对流动度与抗压强度产生影响,掺合料影响干缩与抗压强度,不同掺量外加剂对其干密度、抗压强度和吸水率生影响不同,骨料能够调节内部湿度,影响干缩变形;矿粉掺比低于30%的抗压强度、干缩性好,能满足路基填料强度设计要求。

轻质泡沫土在高速公路天然气管道保护涵洞中的应用

以某高速公路天然气管道保护涵洞为例,比较常规填土与轻质泡沫填土引起的涵洞基底压力和沉降值,轻质泡沫填土具有较大的优势,可解决保护涵洞地基承载力和沉降值不满足要求的问题,为同类工程问题提供参考。

细砂及粉煤灰基泡沫轻质土应力与应变特性试验研究

为了探究细砂及粉煤灰基泡沫轻质土(FLS)的应力与应变特性,文章以水泥、粉煤灰、细砂、水和泡沫为原材料制备试样,进行了无侧限抗压强度试验。试验结果表明,FLS的应力与应变曲线呈软化型,其轴向应力随应变的增加先增加后减少。当湿密度、水胶比和细砂含量分别为600 kg/m3、0.60和20%时,FLS的28 d无侧限抗压强度为0.84 MPa。FLS的无侧限抗压强度与细砂含量呈负线性相关。提出的复合正弦-指数模型(CSE)可以有效地表征FLS的应力与应变特性,可为FLS的工程设计及理论分析提供依据。

气泡轻质土空气耦合冲击回波响应特性研究

实际工程中,气泡轻质土施工质量检测主要以钻孔取芯为主,该检测方法存在检测效率低、无法全面检测等不足,且对填筑体具有破坏性。开展气泡轻质土空气耦合冲击回波试验,获得不同密度气泡轻质土泄露波峰值频率;通过气泡轻质土泄露波与弯曲元测试的试样固有频率对比分析,揭示了气泡轻质土空气耦合冲击回波响应特性。通过空气耦合冲击回波试验发现,密度为0.5,0.8,1.2,1.5g/cm3气泡轻质土实测峰值频率平均值分别为654.77,872.66,1114.00,1505.94Hz,计算峰值频率与实测峰值频率相对误差基本在6%以内,验证了利用空气耦合冲击回波法检测不同密度气泡轻质土可行。并且,利用直径为10~20mm钢球敲击不同密度无缺陷气泡轻质土时,均能激发对应深度和密度下冲击回波模态,得到与计算频率较接近的实测频率。

泡沫轻质土在高速公路扩建工程中的应用研究

以京沪高速公路沂淮淮江段扩建工程泡沫轻质土路基施工为背景,对掺入不同比例矿粉泡沫轻质土的湿密度、抗压强度、标准沉降率等性能进行研究,并在相同填筑高度情况下与常规填土路段的展开工后沉降对比。结论如下:泡沫轻质土的流值随着水胶比的增大而增大,其抗压强度随着矿粉掺量的增加而减小;采用泡沫轻质土施工的路段,其工后沉降量为普通填土路段的60%。

纤维丝和网加筋泡沫轻质土力学特性和抗冻性

为分析短纤维丝和纤维网加筋对泡沫轻质土力学性能和抗冻性的影响,开展了一系列的无侧限抗压强度试验、抗折强度试验、动三轴试验和冻融循环试验.试验结果表明:对提高抗压强度而言,设计湿密度为700 kg/m3的泡沫轻质土掺入短纤维丝的最优长度和掺量分别为6 mm和0.4%;采用长度6 mm和掺量0.4%的短纤维丝对设计湿密度在400~1 000 kg/m3的泡沫轻质土进行加筋后,泡沫轻质土抗压强度、抗折强度和动应力阈值得到了显著地提高,最小提高量分别为35.3%、31.4%和53.4%;采用长度6 mm和掺量0.6%的短纤维丝对泡沫轻质土进行加筋后,设计湿密度分别为400、700、1 000 kg/m3的泡沫轻质土抗冻融循环次数分别由5、25、125次提高至10、50次和超过150次,泡沫轻质土抗冻性得到了显著地提高;相对于提高泡沫轻质土抗折强度而言,纤维网0.4%短纤维丝复合加筋的效果最好,单一纤维网加筋方式次之,单一短纤维丝加筋方式最差;短纤维丝、纤维网或两者复合加筋均显著地增加泡沫轻质土的韧性.

磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土制备及性能研究

以磷石膏作为细集料,添加促凝剂和预制泡沫制备磷石膏基地质聚合物泡沫轻质土。从流动度、凝结时间、力学性能、吸水率和软化系数等方面深入研究材料的性能变化,结合XRD和SEM进行微观测试。结果表明:砂灰比0.6、水料比0.5、生石灰4%条件下制备出的砂浆试块初、终凝时间为210、260 min,试件3 d抗压强度可达2.8 MPa,28 d抗压强度为11.9 MPa。通过调节预制泡沫用量可以制备出不同湿密度的泡沫轻质土,为磷石膏资源化应用提供新途径。

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。

大掺量磷石膏泡沫轻质土的制备

为推动固废在泡沫轻质土中的应用,以水泥、矿粉、磷石膏为原料制备大掺量磷石膏泡沫轻质土,研究磷石膏掺量对泡沫轻质土流动性能、力学性能、抗冻性能与耐水性能的影响。试验结果表明:随着磷石膏掺量增加,泡沫轻质土的流动性能、力学性能和抗冻性能逐渐下降,耐水性能先上升后下降。考虑到经济效益,磷石膏的最佳掺量为50%,此时泡沫轻质土28 d抗压强度与抗折强度分别为2.29、0.95 MPa,水软化系数为0.88,冻融循环后质量损失率和抗压强度损失率分别为1.52%、24%。

加筋泡沫轻质土在浅层地基处理中的应用研究

泡沫轻质土在软土地区常作为地基浅层处理的一种减载换填材料,但是在重载地坪下作为换填材料时,需要具有较高的强度和产生较小的变形并保持其轻质性。在泡沫轻质土中掺入聚丙烯纤维,改善其延性,提高其强度,保证其轻质性。通过流值、抗压强度、弹性模量以及抗折强度试验,探究不同加筋率和加筋长度对加筋泡沫轻质土力学性能的影响。结果表明:泡沫轻质土掺加纤维后,形成加筋效应,力学性能得到明显提升。加筋泡沫轻质土流值随着加筋率和加筋长度的增加呈先增大后减小趋势,加筋率过大和加筋长度过长易造成纤维团聚现象,降低泡沫轻质土流动度;加筋泡沫轻质土抗压强度随加筋率的增加而增大,在泡沫轻质土加筋率为0.75%,加筋长度为12mm时抗压强度最高;加筋泡沫轻质土掺加纤维后在加筋率为0.75%,加筋长度为12mm时弹性模量达到最大值;加筋泡沫轻质土抗折强度分别在加筋率和加筋长度为1.00%和12mm时达到最大;加筋泡沫轻质土抗折强度与抗压强度基本呈线性关系。