【摘 要】
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粉煤灰地层是一种特殊地层,主要由堆积的粉煤灰构成,具有高压缩性,含水量大等特点。水泥土搅拌桩工法加固粉煤灰地层可以有效改善粉煤灰地层的工程性质,提高承载性,但目前鲜有报道关于水泥土搅拌桩加固粉煤灰地层这一主题,而粉煤灰作为一种酸性氧化物,在碱性环境中,发生水化反应,具有自硬性的特点,掺入不同固化剂对粉煤灰地层加固的效果会产生巨大影响。基于此,本文着重分析水泥土搅拌桩桩体本身性能。首先选取水泥掺量为
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粉煤灰地层是一种特殊地层,主要由堆积的粉煤灰构成,具有高压缩性,含水量大等特点。水泥土搅拌桩工法加固粉煤灰地层可以有效改善粉煤灰地层的工程性质,提高承载性,但目前鲜有报道关于水泥土搅拌桩加固粉煤灰地层这一主题,而粉煤灰作为一种酸性氧化物,在碱性环境中,发生水化反应,具有自硬性的特点,掺入不同固化剂对粉煤灰地层加固的效果会产生巨大影响。基于此,本文着重分析水泥土搅拌桩桩体本身性能。首先选取水泥掺量为12%的水泥-粉煤灰作为基础对照组,进行相应静动态力学性质试验,然后在12%水泥掺量的基础上,分别对石灰与石膏掺量为3%,6%,9%和12%的改良水泥-粉煤灰试件进行无侧限抗压试验、SHPB试验,分析其在不同加载状态下,物理力学性能的变化规律;进一步通过扫描电镜(SEM)试验,对比分析在不同养护龄期下水泥-粉煤灰试样和改良试样的电镜图片,从微观角度探究宏观力学变化规律;最后通过热力学理论,从岩石能量研究方法入手,通过分析单轴抗压试验以及SHPB试验结果,从能量角度探究了添加改良剂对水泥-粉煤灰试样的影响规律,相关的研究结果如下:(1)对水泥掺量为12%的水泥-粉煤灰试样,选取养护龄期为7,30,60和90days(d)的试样,进行无侧限抗压试验,对养护龄期达到90d的试样进行SHPB试验,分析了水泥-粉煤灰试样静态抗压强度和破坏模式随养护龄期增加的变化规律,同时分析在90d龄期下试样动态抗压强度,得出了在养护早期试样呈现塑形破坏,后期表现为脆性破坏的特征,抗压强度随龄期的增加而增加,从0.9MPa增长至2.66MPa;在冲击气压为0.2MPa作用下,水泥-粉煤灰试样呈现出脆性破坏特征,其动态抗压强度为5.13MPa。(2)在水泥掺量为12%的基础上,分别加入3%,6%,9%和12%的石膏和石灰,对上述改良水泥-粉煤灰试样进行无侧限抗压试验以及SHPB试验,探究在0-90d内4个养护龄期下,改良水泥-粉煤灰静态抗压强度的变化规律,以及在90d时,改良试样动态强度随改良剂种类及掺量的变化规律。分析了改良水泥-粉煤灰试样在动静态荷载作用下的应力-应变关系曲线,观察并分析了不同改良水泥-粉煤灰试样静态最终破碎形态与裂纹规律。建立了在动静荷载作用下,改良水泥-粉煤灰抗压强度在养护龄期和不同改良剂种类以及掺量下的数学关系表达式。试验结果表明:在静态荷载作用下,石膏改良试样的抗压强度在养护早期较水泥-粉煤灰试样有一定增加,而在养护后期其抗压强度均小于水泥-粉煤灰试样,石灰改良试样抗压强度在养护周期内均大于水泥-粉煤灰试样,同时在养护龄期为60和90d时,其强度增长明显,远高于水泥-粉煤灰和石膏改良试样,改良试样在不同养护龄期下应力-应变关系曲线呈现出相同规律;在90d龄期以及冲击试验条件下,石膏改良试样动态抗压强度随石膏掺量的增加呈现出波峰变化趋势,改良掺量为6%时,取得最大值6.67MPa,石灰改良试样的动态抗压强度随石灰掺量呈现出随着掺量增加而增加的规律,最大取得14.36MPa;在动静荷载作用下,改良水泥-粉煤灰抗压强度与养护龄期和改良剂种类以及掺量有较好的数学关系表达式;试样总体破坏模式为多个破裂面的拉-剪破坏模式且试样破碎后多为X型。(3)利用岩石能量理论分析水泥-粉煤灰及改良水泥-粉煤灰试样在动静荷载作用下的能量变化规律:在静荷载作用下试样破坏能变化规律与宏观强度规律相似;在动荷载作用下,试样的吸收能与动态抗压强度变化规律一致,石膏改良试样吸收能先增加后减小,石灰改良试样随着石灰掺量的增加而增加。(4)通过对水泥-粉煤灰试样以及石膏改良试样和石灰改良试样进行SEM图片微观形貌分析,得出水泥-粉煤灰试样随着养护龄期的不断增加,体系中不断产生网状C-S-H凝胶;石膏改良试样中粉煤灰表面产生大量钙矾石,造成试样宏观强度降低;石灰改良试样在后期由于OH-与Ca2+离子的作用,使得体系更加致密。图39表10参100
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