海水对花岗岩残积土的工程特性影响及土体加固机理研究

摘要

花岗岩在世界各地广泛出露，在我国主要分布于南部沿海、江西、山东和东北等地区，它是一种粒状侵入岩体，在地表极易风化，可形成厚达数十米甚至上百米的风化壳。花岗岩风化物的物理、水理、力学性质随风化程度的不同而变化显著，因此对不同风化程度的花岗岩进行研究，逐渐受到岩土工程界的重视，且有着十分重要的意义。一般而言，花岗岩风化物含砂、砾量较高，呈现部分碎石类土特征，在天然状态仍保原岩残余结构强度，而其水理性质差，易触变，经浸水、扰动等诸因素影响，其原来稳定的结构会迅速遭到破坏，力学性能迅速降低，结构崩解。与此同时，花岗岩残积土常常作为海边建筑的填筑材料，海水中富含各种离子，长期干湿循环及接触下，会对残积土的物理力学性能造成一定影响。　　因此，研究海水对花岗岩残积土的物理力学性质的影响及残积土加入固化剂后，改性土的物理力学性能，及固化剂的固化效果和固化机理的影响，有着很重要的工程实践意义。　　本文旨在用研究固化剂和海水对花岗岩残积土的物理力学性能影响，采用不同浓度的固化剂处理残积土，进行了室内试验，通过测定界限含水率、密实度、直剪强度、压缩性、崩解等，分析了改性土的塑性指数、最大干密度、强度指标、压缩性、耐干湿循环能力，同时结合微观试验，对固化剂固化机理进行了分析，结果表明残积土具有良好的压实性和较高强度，并进行了改性土与残积土的物理力学性能对比研究。主要结果如下：　　（1）三种花岗岩残积土有较好的压实性能和抗剪性能，最大干密度在 1.6-1.7 cm·g-3左右，但三种土体遇水软化现象严重，其中，最表层的红土遇水软化性质最明显，饱和后粘聚力减少最多。　　（2）通过测定不同固化剂掺量下的改性土塑性指数，分析得到了固化剂对改性土界限含水率的影响，结果表明，掺有固化剂的改性土塑性指数均会提高，5%掺量的改性土塑性指数提高最多。　　（3）通过不同类型改性土样的击实试验，分析研究了固化剂掺量、海水等因素对花岗岩残积土的击实性能，结果表明，海水对残积土的击实性能影响不大，固化剂掺入会降低土体的最大干密度，固化剂掺量越高，最大干密度越小。　　（4）不同土样的饱和直剪和干湿循环饱和直剪试验试验结果表面，海水和固化剂都能不同程度的增加土体的粘聚力，加入固化剂的改性土在经过干湿循环过程，会提高改性土的粘聚力，与仅饱和的相比，均能提高30kPa左右。　　（5）海水对残积土的压缩性能影响不大，都属于中压缩土。而固化剂能降低土样的压缩性能，固化剂掺量越高，土样压缩性越低，让残积土从中压缩性土变成低压缩性土。　　（6）原土浸水崩解十分迅速，没有明显的缓慢期，只有快速期，直到崩解结束，而改性土的崩解曲线是一个S型曲线，崩解过程为缓慢-快速-缓慢，固化剂掺入后对土体产生联结作用，使土颗粒间形成土团粒，使土体难以崩解，从而减弱了土的崩解性能。经过干湿循环后，改性土的抗崩解性能有所提高。　　（7）固化土产生了新的官能团，但没有新的矿物生成，说明固化剂通过生成某种新的固化物质与土体颗粒间进行复杂的反应，使固化物质将土粒之间连接起来，填充了土粒间孔隙，形成立体网状结构，提高固化土的整体结构性，改善了花岗岩残积土的遇水软化的工程性质，提高了固化土强度。　　（8）掺入固化剂后的土体力学性质改变，能明显的提高土坡的安全系数，让土坡最危险滑移面往地层深处移动，降低了土坡滑移的趋势，增加了海堤的安全性。固化剂的加固可以有效地提高路基和海堤的稳定性、耐久性和牢固性，保证结构安全，节约填料的成本，大幅度降低工程造价。

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