赤泥-粉煤灰地质聚合物力学性能及挡土墙应用研究

摘要

赤泥、粉煤灰是公认的固体废弃物，排放量极大。由于堆载、排放问题对环境造成严重污染，因此其资源化利用始终受到人们的密切关注。本文以赤泥、粉煤灰为基本原料制备地质聚合物，并在室内对其开展土工试验、测试其物理力学参数的基础上，根据其强度特征，结合有限元数值模拟，分析其作为挡土墙填料的工程应用效果，以期借助该类地质聚合物在岩土工程中的应用，拓展赤泥、粉煤灰资源化利用的途径和增大其处理利用量。论文取得的成果及认识如下：
　　1、物理及化学分析测定表明，实验所用赤泥中化学组分以Al2O3、SiO2、Fe2O3为主，三种物质的总含量超过70％；粉煤灰以Al2O3、SiO2、Fe2O3及CaO为主，四种物质的总含量超过85%；赤泥、粉煤灰自重均较轻，低于粘性土、砂性土。其中，赤泥的干密度为0.6g/cm3，粉煤灰的干密度为0.98g/cm3；粒度筛分结果表明赤泥中60%的颗粒粒径小于0.32mm,10%的颗粒粒径小于0.08mm,粉煤灰中60%的颗粒粒径小于0.065mm,10%的颗粒粒径小于0.005mm；
　　2、对赤泥、粉煤灰、硅胶及黄土为原料制作的地质聚合物试样，进行击实试验结果表明，各配比组最优含水率随最大干密度的增大出现先增大后减小的特征，且在粉煤灰/赤泥为1:3配比组中，试样具有较好的击实性，各试样最优含水率分别为21.3%，22.9%，26.7%，25.8%；
　　3、将最优含水率条件下制做的地质聚合物试样，通过室内直剪实验测试了原料成分配比、硅胶含量对其抗剪强度的影响。结果表明，力学性能最佳的配比条件是：赤泥：粉煤灰：黄土为15:45:40，硅胶的掺入量为12%（含水率22.9%）；在上述配比条件下试样的力学强度随养护龄期的延长而增强，并在28d养护龄期之后仍有继续增强的趋势，其中，硅胶对其后期强度的增长起主导作用；
　　4、对最佳配比条件下制作的地质聚合物，通过室内三轴压缩实验表明，随着围压增大，其弹性模量增大，养护龄期延长，其压缩性能减小；且在养护龄期为28d、围压为150kpa时的割线弹性模量最大可达30.3MPa；
　　5、以砂性土、黄土及上述制备的地质聚合物分别作挡土墙填料，分别计算了同等条件下三类挡土墙的稳定性，结果表明赤泥-粉煤灰地质聚合物的最大基底压力最小、抗滑动稳定性最好、抗倾覆能力最高，用于挡土墙时优势明显；
　　6、以细粒砂土、加土粉煤灰及赤泥-粉煤灰地质聚合物分别作挡土墙填料，通过FLAC3D程序对挡土墙工程实例做了数值模拟，分析计算了同等条件下三种填料挡土墙的稳定性，结果表明赤泥-粉煤灰地质聚合物用作挡土墙填料时，产生的水平位移和沉降量最小、挡墙中拉筋抗拔能力最好，性能明显优于加土粉煤灰与砂土。

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第一章 绪论

1.1 选题背景依据和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及方法技术路线

第二章 地质聚合物制备及试样的物理力学性能

2.1试验材料及基本特征

2.2 实验方案及样品制备

2.3 试样力学性能测试

2.4 力学性能影响因素分析

2.5 本章小结

第三章 赤泥-粉煤灰地质聚合物用于挡土墙的力学分析

3.1 挡土墙工程的加筋作用

3.2 地质聚合物填土增强挡土墙稳定性分析

3.3 本章小结

第四章 赤泥-粉煤灰地质聚合物挡土墙有限元数值模拟分析

4.1 FLAC3d概述

4.2 本构模型

4.3 挡土墙数值模拟分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢