主应力轴旋转条件下碱渣固化轻质土动力特性研究

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氨碱法生产纯碱过程中产生的碱渣大量堆积形成“碱渣山”,占据了大量的土地资源。采用自主研发的新型固化剂和发泡剂,对碱渣进行轻质固化处理,使其能够快速安全且大批量消耗废弃碱渣,同时固化轻质土满足高强度、低密度和安全可靠的要求,将其作为填垫料应用于道路工程路基中。路基土在交通荷载的循环往复作用下往往产生累积变形、强度衰减等特征,进而导致工程过大变形和失稳等灾变。因此开展主应力轴旋转条件下碱渣固化轻质土动力特性的试验研究,具有重大的社会意义。本文在对碱渣固化轻质土进行基本力学特性试验的基础上,开展其在主应力轴旋转条件下的动力特性研究,主要成果如下:(1)通过轻质固化技术人工制备碱渣固化轻质土,利用正交试验得到固化轻质土的最优材料配比,其基准密度为1.24g/cm3,轴向应力-应变关系曲线表现为应变软化型,养护28d后无侧限抗压强度基本趋于稳定;固化轻质土e-logp曲线存在明显的结构屈服拐点;其渗透系数在1.1×10-4~1.8×10-5 cm/s之间,并且远大于天津滨海吹填土。(2)针对道路运营期间因承受交通荷载而导致固化轻质土主应力轴不断旋转的情况,通过GCTS空心圆柱扭剪仪,验证了恒定大主应力方向角下土体经历主应力轴旋转应力加载方式的可行性,以模拟交通荷载作用下路基土体单元应力路径的变化规律。(3)大主应力方向角α从0°增加至90°的过程中,固化轻质土轴向应变经历了从压缩到拉伸的试验过程,广义剪应变发展速率明显加快。着重分析了α=0°和90°时不同循环应力比下固化轻质土的累积竖向应变及动力回弹特性,并建立固化轻质土竖向回弹模量随循环振次变化的关系式;相同循环振次下,广义剪应变幅值随着大主应力方向角、中主应力系数以及密度的增大而增大,并随着振动频率的增加而减小。(4)重点研究了主应力轴旋转条件下大主应力方向角、中主应力系数、振动频率和密度等因素对固化轻质土动强度变化规律的影响,并采用单一变量法思想分别建立了特定破坏振次下动强度与各因素间的函数关系式。(5)固化轻质土在循环耦合剪切过程中存在临界屈服应变,且不因初始应力条件和循环荷载振动频率改变其范围。通过分析大主应力方向角、中主应力系数、振动频率以及密度对切线刚度的影响规律,构建了固化轻质土的切线刚度衰减模型。
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