论文部分内容阅读
我国季节性冻土区占全国总面积的50%,在冻结和融化过程中路基和建筑物基础普遍存在冻胀和融沉等病害现象,导致结构失稳和造成巨大经济损失。为彻底解决冻害给基础设施建设带来的危害,寻找有效提高粘土抗冻性的改良材料是急需解决的问题。所以本文研究纳米二氧化硅和玄武岩纤维对粘土抗冻性能的改良作用,采用直接剪切试验和无侧限抗压强度试验,对比分析冻融循环次数对素土,纳米二氧化硅改良土和纳米二氧化硅玄武岩纤维协同作用改良土的抗剪强度指标,抗压强度和破坏形态的影响,并探讨本文改良技术受冻融循环影响的机理。研究结果可以为季节性冻上地区粘土的改良方法提供指导,具有重要的理论和实践意义。主要研究成果如下:(1)未经冻融作用时,纳米二氧化硅和玄武岩纤维作为改良材料可有效提高粘土的抗压强度、抗剪强度、粘聚力、弹性模量,减小粘土内摩擦角。其中纳米二氧化硅增强粘土脆性指数,玄武岩纤维作用相反,可以阻止粘土发生脆性破坏。(2)冻融作用后纳米二氧化硅与土之间的胶结作用受到严重破坏,前3次冻融循环时,纳米二氧化硅改良土的抗压强度小于素土;3次冻融后,随试样含水量的增加纳米二氧化硅与土之间的胶结作用逐渐恢复,纳米二氧化硅改良土的抗压强度增大且大于素土;纳米二氧化硅玄武岩纤维改良土的抗压强度在3次冻融后趋于稳定,且受冻融循环的影响小于素土和纳米二氧化硅改良土,多次冻融后对粘土的抗压强度改良效果明显。(3)在冻融循环过程中,纳米二氧化硅玄武岩纤维改良土的脆性指数小于素土,且不受冻融循环影响,但纳米二氧化硅改良土的脆性指数I_B一直大于素土。说明:玄武岩纤维可有效增强粘土的延性。(4)在冻融循环过程中,玄武岩纤维作为改良材料可以改变粘土的破坏形态,使粘土发生应变软化的塑性破坏;然而,纳米二氧化硅改良土发生脆性破坏且破坏时试件表面有剥落。(5)冻融作用时,素土的抗剪强度随冻融循环次数的增加逐渐增大,且“密实效应差异性”大于纳米二氧化硅改良土和纳米二氧化硅玄武岩纤维改良土;12次冻融后,两种改良土的抗剪强度小于素土。这是因为纳米二氧化硅和玄武岩纤维可以增强粘土密实度,减小冻融作用和垂直荷载对改良土抗剪强度的影响。(6)冻融作用时,纳米二氧化硅和玄武岩纤维依然可以有效提高素土的黏聚力,减小内摩擦角。