吉林省延边地区粉煤灰改良膨胀土工程特性及膨胀等级判别研究

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膨胀土是一种高塑性粘土,吸水膨胀强度衰减,失水收缩快速变形,这种工程特性导致膨胀土地区建设路基、建筑物、边坡等工程时造成长期潜在且反复的威胁。吉林省延边地区分布着大量膨胀土,部分膨胀土作为路基边坡应用,产生了大量边坡失稳、开裂、滑塌、路面塌陷等工程灾害及地质灾害。在吉林延吉的路基边坡灾害治理中,由于对膨胀土等级分级标准不明确,且不能有效针对性对这种特殊土进行改良治理,导致了多处膨胀土边坡灾害的发生,造成工程及经济损失。基于以上背景,本文针对吉林省延边地区膨胀土,通过一系列试验,测得延边地区膨胀土基本物理性质、力学特性和胀缩特性指标,并选择用粉煤灰对膨胀土进行改良,灰色关联度法分析影响膨胀土的各项指标,建立了依据直觉模糊集理论判别吉林省延边地区膨胀土等级的判别方法。本文主要工作和成果如下:(1)对吉林延边地区汪延公路新岩滑坡进行调查取样,并对取来的土样进行室内试验。对土体物质组成、物理性质、力学性质、膨胀参数进行测试。确定吉林膨胀土的液限为66.5%、塑限为38.1%、塑性指数为28.4%。吉林延边地区膨胀土自由膨胀率为69.5%,无荷载膨胀率21.1%;膨胀力103KPa;线缩率11.45%,体缩率29.6%.延边地区膨胀土凝聚力为28KPa,内摩擦角为48.7°,CBR值为11.59。此地区土样膨胀性较强,属于膨胀性粘性土危害较大,但力学特性良好,存在改良后应用于工程中的可能性。(2)对延边地区膨胀土进行粉煤灰改良试验,粉煤灰掺量选择为5%、7.5%、10%、12.5%、15%。经改良后,测试发现:土样的含水特性的改善有显著结果,随着粉煤灰掺量比例加大,改性土的最佳含水量和液限不断降低,改性土的最优含水率随掺灰量成线性变化关系。粉煤灰的加入对膨胀土的膨胀和收缩特性均起到了抑制作用。粉煤灰改良后的膨胀土的内聚力、抗剪强度显著提高。改良土的加州承载比试验结果表明:掺入粉煤灰的膨胀土具有一定的阻水能力,并且阻水效果在掺量小的时候效果更好。综合考虑液限、塑限、塑性指数、剪切峰值、膨胀力、线缩率和体缩率七项指标,认为粉煤灰改良吉林省延边地区膨胀土最佳掺量在10%-15%左右。(3)对延边地区改良膨胀土进行膨胀等级的判断研究。首先采用灰关联度分析法对9个指标与膨胀土膨胀等级的关联性进行分析,与膨胀土膨胀等级之间的关联度大小顺序为塑性指数>体缩率>液限>自由膨胀率>无荷载膨胀率>线缩率>塑限>膨胀力>50KPa有荷载膨胀率。判定主要影响指标为塑性指数、体缩率、液限和自由膨胀率。(4)选择塑性指数、体缩率、液限和自由膨胀率四项影响膨胀土等级的指标,依据直觉模糊集理论,构建了判别吉林省延边地区膨胀土膨胀等级的评价方法,并给出了评价步骤与求解方法。此方法与柯尊敬分类法胀缩性评价结果和膨胀潜势法评价结果相近,证明了本方法的可靠性。同时实现了多指标的综合,为丰富膨胀土的胀缩等级评价理论提供依据。
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