玄武岩纤维与纳米氧化铁对花岗岩残积土性质影响的研究

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花岗岩残积土广泛分布在我国南方,在工程施工中常被用做基础填料。花岗岩残积土工程性质较为复杂,单独使用花岗岩残积土做工程材料,常会引起一些工程问题。为了有效改善花岗岩残积土的工程性质(渗透性、固结特性和力学性质),通常会选择土壤添加剂进行土体改良。选用桂东南地区的花岗岩残积土作为研究对象,通过控制玄武岩纤维和纳米氧化铁掺量,采用单掺和复掺的方式,制备不同改良方式的花岗岩残积土饱和重塑试样,采用GDS应力应变三轴仪、全自动气压固结仪和全自动三轴仪等设备,进行恒水头三轴渗流试验、标准固结试验和三轴剪切试验,分析改良花岗岩残积土的渗透系数、土体固结特性和强度变化规律。主要研究成果如下:(1)通过开展恒水头渗流试验,研究了玄武岩纤维掺量、纳米氧化铁掺量和玄武岩纤维纳米氧化铁协同作用对饱和重塑花岗岩残积土渗透性的影响。结果表明:玄武岩纤维能提升花岗岩残积土的渗透性,纳米氧化铁和玄武岩纤维纳米氧化铁协同作用能降低花岗岩残积土的渗透性;玄武岩纤维掺量为0.5%~1%时,花岗岩残积土在不同试验条件下渗透系数出现峰值;纳米氧化铁掺量超过3%后对花岗岩残积土渗透性影响较小;玄武岩纤维纳米氧化铁协同对残积土渗透性的影响与单独使用纳米氧化铁相似,但渗透系数的改善效果没有纳米氧化铁改善的明显。(2)进行标准固结试验,研究了玄武岩纤维掺量、纳米氧化铁掺量和玄武岩纤维纳米氧化铁协同作用对饱和重塑花岗岩残积土固结特性的影响。结果表明:玄武岩纤维掺量为0.5%左右固结系数出现最大值,玄武岩纤维掺量为1%左右压缩模量出现最大值,压缩指数在纤维掺量为1%左右出现最小值;固结系数随纳米氧化铁掺量的增加总体呈下降的趋势,压缩指数在纳米氧化铁掺量为3%左右出现最小值,压缩模量在掺量为3%左右出现最大值,为7.62MPa;玄武岩纤维纳米氧化铁协同作用时花岗岩残积土固结系数和压缩指数随纳米氧化铁掺量的增加而减小,压缩模量随纳米氧化铁掺量的增加而增加。(3)通过不排水三轴剪切试验,研究了玄武岩纤维掺量、纳米氧化铁掺量和玄武岩纤维纳米氧化铁协同作用对饱和重塑花岗岩残积土力学性质的影响。结果表明:改良花岗岩残积土的应力应变曲线呈软化型;玄武岩纤维对花岗岩残积土黏聚力的改善效果比内摩擦角好,掺量为1%左右,花岗岩残积土改良效果最明显;花岗岩残积土的黏聚力和内摩擦角随纳米氧化铁掺量增加单调增加;玄武岩纤维纳米氧化铁协同作用对花岗岩残积土的内摩擦角改善效果不佳,黏聚力则随纳米氧化铁掺量的增加而增加。(4)对不排水三轴剪切试验后的土样进行电镜扫描观察微观结构。结果表明:玄武岩纤维与土充分搅拌后呈单丝状分散在土中,形成互锁网,改善土体抗剪强度;纳米氧化铁颗粒能填充土体孔隙,且纳米氧化铁还会附着在土颗粒表面,让颗粒间接触更紧密,改善土体抗剪强度。
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