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水泥系搅拌法因其施工方法简单、效率高、造价低、场地污染小和对相邻建筑影响小等优点,在高速公路建设中得到了相当广泛的应用。但是当单纯采用水泥材料加固高含水量的有机质土以及盐渍土地基时,有机质和盐分会对水泥搅拌法的处理效果产生较大的影响,需要选择合适的外掺剂来改善水泥土的加固效果。
本文针对江苏省里下河地区泻湖相软土的特点,通过室内试验、PH值分析、扫描电镜、电阻率测试手段,从宏观力学指标和微观结构参数方面定量分析了有机质含量和含盐量对水泥土的影响,探讨了二者对水泥固化过程的影响机理,提出了采用粉煤灰作为外掺剂抵抗有机质的影响。通过大量室内试验和现场监测,分析了粉煤灰在水泥土中的作用机理和作用效果,并采用二维平面简化的有限元方法分析了粉煤灰对水泥搅拌桩复合地基变形的影响。主要研究成果如下:
(1)系统研究了里下河地区泻湖相软土的工程特性,针对水泥搅拌法在该地区应用中出现的问题,提出了采用粉煤灰作为外掺剂来改善有机质对水泥土固化的影响。
(2)定量研究了有机质和盐分对水泥土的强度特性和变形特性的影响。有机质中的腐植酸通过延缓水泥水化反应、分解水化产物影响水泥土强度;得到了含盐量对水泥土强度提高阈值为4%;建立了不同有机质含量、不同盐分含量的水泥加固土强度预测模型,为含腐殖酸软士以及盐渍土地基加同处理提供理论和实践依据。通过扫描电镜和电阻率试验,从水泥土微观结构机理出发,进一步研究了有机质和盐分对水泥土的影响,建立了基于电阻率结构参数的水泥土强度预测模型。
(3)通过试验研究了粉煤灰作为外掺剂对水泥土的影响规律以及最佳掺入量。加入粉煤灰可有效改善水泥十的强度,得到了粉煤灰的最佳掺入量为12%,在此基础上建立了综合考虑粉煤灰掺入量、有机质含量、水泥掺入量、龄期等因素影响的水泥土强度预测模型;分析了粉煤灰对水泥固化土变形特性的影响,采用分段函数模拟了水泥土的应力应变关系,应用MATLABR2007a中的nonlinefit对实测数据进行最小二乘法拟和,对水泥粉煤灰土应力应变模型中的参数进行了分析,建立了各项参数与粉煤灰掺入量之间的关系,得到了破坏应变、E50的变化规律。
(4)通过扫描电镜试验和电阻率试验定性和定量地分析了水泥粉煤灰加固土的微结构特性,研究了粉煤灰在水泥土中的作用机理,建立了粉煤灰水泥土微结构特征参数与强度之间的关系。
(5)采用二维平面简化的有限元方法分析了粉煤灰掺入量以及水泥土搅拌桩设计参数(桩身强度、桩间距、桩长等)对地基变形影响,为水泥粉煤灰搅拌法加同富含有机质软土地基的加固方案提供有力依据。