【摘 要】
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随着“一带一路”发展战略的提出和持续实施,“新丝绸之路经济带”途经的陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆等西北五省区在公路、铁路和机场等基础设施建设的高速发展可遇难求。同时,西北五省黄土面积分布广泛且黄土地区污染致灾问题频发,但由于前期在工程建设和生产运行期间对污染黄土的工程力学特性认识不足,导致区域的建(构)筑物基础失稳、破坏致灾事故层见跌出,同时诱发区域经济发展滞缓、环境保护失利及建(构)筑物失稳等不
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51608436、51778528); 陕西省自然科学基础研究计划(2019JQ756); 陕西省教育厅专项科研项目(19JK0452);
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随着“一带一路”发展战略的提出和持续实施,“新丝绸之路经济带”途经的陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆等西北五省区在公路、铁路和机场等基础设施建设的高速发展可遇难求。同时,西北五省黄土面积分布广泛且黄土地区污染致灾问题频发,但由于前期在工程建设和生产运行期间对污染黄土的工程力学特性认识不足,导致区域的建(构)筑物基础失稳、破坏致灾事故层见跌出,同时诱发区域经济发展滞缓、环境保护失利及建(构)筑物失稳等不良影响。因此,有必要对酸污染黄土的劣化机理、加固机理及其宏观力学性能进行系统研究,以便工程事故的预防和处置。本文以Q3马兰黄土为研究对象,利用自制的崩解装置和电子万能试验机对原状黄土、污染黄土及加固黄土的崩解特性及无侧限抗压强度开展了相关试验及理论分析。本文主要研究成果如下:(1)对不同干密度(1.4g/cm3、1.5 g/cm3、1.6 g/cm3、1.7 g/cm3)、不同初始含水率(8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%)、不同硝酸污染浓度(1%、4%、8%、12%)进行崩解试验,同时考虑了不同加固剂含量(8%、12%、16%、20%)、不同龄期(7天、14天、28天)等因素对崩解的影响。分析了不同干密度、不同初始含水率、不同污染浓度对黄土崩解的影响规律,从加固剂和黄土作用机理的角度对不同加固剂浓度、不同龄期的加固土样的崩解规律与机理进行了分析和探讨。基于室内试验结果得出以下结论:未加固试样的平均崩解速率随着干密度的增加而减小,随着初始含水率的增加呈先增加后减小趋势,随着硝酸浓度的增加而增加;加固试样的平均崩解速率随着干密度、初始含水率和龄期的增加逐渐减小,随硝酸浓度的增加而增加并趋于稳定,水泥加固试样只在含水率较低的条件下可以发生崩解,石灰含量在小于20%对崩解速率影响不明显,当浓度达到20%以后基本不发生崩解。研究结果可为相关工程中抑制崩解提供了数据支撑和建议。(2)对不同硝酸污染浓度(1%、4%、8%、12%)、不同加固剂种类(水泥、石灰)、不同加固剂含量(5%、10%、15%)、不同龄期(7天、14天、28天)的试样进行了无侧限抗压强度试验,得出了硝酸浓度、加固剂浓度、养护龄期等对污染黄土及加固黄土的强度和变形模量协同作用影响规律:硝酸浓度、加固剂含量、龄期等对其污染土的强度和变形模量影响较大,协同作用对黄土的力学性质产生影响。试样的无侧限抗压强度和变形模量随着硝酸浓度的增加呈减小趋势,随着石灰含量的增加呈先增加后减小,随着水泥含量的增加逐渐增加;随着试样龄期的增加,石灰加固试样的无侧限抗压强度和变形模量先期增加明显,后期增加较小或反而减小,其余试样均呈逐渐增加趋势。(3)基于加固前后的硝酸污染黄土的室内崩解试验和无侧限抗压强度试验分布规律,探讨了两种不同加固剂的加固效果差异。结果表明:水泥加固试样的崩解和强度指标均优于石灰加固试样,水泥在较低的浓度水平即可发挥出较好的加固效果,石灰加固试样在加固剂达到一定浓度才能表现出良好的耐崩解性,石灰浓度高于一定浓度后对试样的后期强度增加产生抑制作用,使用石灰加固时应控制石灰的用量。研究结果可为污染黄土的预防处置提供合理性参考。
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