石灰改良膨胀土非饱和特性研究及其应用

摘要

非饱和土在自然环境中分布广泛，它是一类有别于饱和土的固、液、气混合的三相土。正是气相的存在造成非饱和土的特性变得更为繁杂，岩土工程中遇到的绝大多数土体都是非饱和土，在以往的工程建设中常以饱和土理论解决膨胀土路基、边坡等问题而引发事故。究其原因，大多是未将非饱和土中吸力等因素考虑进来。随着经济的发展，非饱和土工程问题日益增多，非饱和土的力学性质与工程特性成为了研究的热点方向。本文将较为典型的合肥非饱和膨胀土作为研究对象，进行了系统的室内改良试验，研究了掺灰土样在吸力作用下的强度等力学特性，着重探究了掺灰率、含水量、龄期对改良膨胀土的影响情况，同时还结合非饱和土理论分析了试验结果，获得了若干有意义的成果。
　　(1)对合肥膨胀土进行常规室内试验，自由膨胀率试验，电镜扫描试验和采用滤纸法量测了不同掺灰率改良膨胀土土-水特征曲线。通过试验结果得到:合肥地区膨胀土的进气压力值;随着掺灰率的不断提高，同等含水率对应的土样基质吸力也不断提高。
　　(2)利用三轴仪完成了不同掺灰率改良土的三轴试验，探讨了土体在不同正应力和围压下的力学特性。通过试验得到:影响土体强度的三种因素变化的规律;合肥地区改良膨胀土石灰掺量的最优配比;发现土体强度大小随含水率的增大先提高后降低，含水率在大于实验室击实试验所得的最优含水时可使土体强度有较大提升;土体的强度随着养护龄期的延长而提升，提升速度先快后慢。
　　(3)采用非饱和土直剪仪对素土和不同掺灰率改良土土开展了非饱和直剪试验，得到了素土与不同掺灰率改良土在控制吸力条件下的抗剪强度变化规律。结果表明:掺灰土低吸力段时和素土有相近规律，即净法向应力的提高，剪应力峰值也线性增大，但在高吸力段，各掺灰率下土样剪应力峰值随净法向应力的提高呈非线性增长;基质吸力和掺灰率的变化都能够很大程度的提高土体强度，基质吸力的存在对土的强度提高贡献较大，并得到素土、掺灰土的基质吸力和黏聚力关系的拟合公式;随着基质吸力的不断增加，当超过进气值时，ψb的值呈现减小的趋势。
　　(4)以某一典型石灰改良土路基（堤）边坡模型为例，利用Flac3D软件展开边坡稳定性探究，对试验结果进行验证，同时探讨了基质吸力与掺灰率影响边坡稳定性的情况。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 膨胀土的基本概念和性质

1．2．1 膨胀土的基本概念

1．2．2 膨胀土的特性

1．3 非饱和土的基本概念及性质

1．3．1 非饱和土的基本概念

1．3．2 非饱和土的性质及影响

1．4 国内外研究现状

1．4．1 土-水特征曲线的研究现状

1．4．2 非饱和土抗剪强度的研究现状

1．4．3 基于非饱和土理论的边坡稳定性分析

第二章 合肥膨胀土土-水特征曲线试验研究

2．1 合肥区域地质概况

2．2．1 矿物组成

2．2．2 界限含水率

2．2．3 自由膨胀率

2．3 土-水特征曲线的概念及其影响因素

2．3．2 土-水特征曲线的影响因素

2．4．2 土-水特征曲线的模型

2．5 非饱和膨胀土土-水特征试验

2．5．1 滤纸法试验原理

2．5．2 滤纸法试验方案

2．5．3 滤纸法试验结论

2．6 本章小结

第三章 石灰改良土抗剪强度影响因素试验研究

3．1 试验设计

3．2 试验结果分析

3．2．2 三轴压缩状态下应力-应变-强度特征

3．2．3 石灰改良土三轴试验的微观研究

3．2．4 含水率与改良膨胀土的无侧限强度的关系

3．3 本章小结

第四章 控制吸力的石灰改良非饱和膨胀土强度特性研究

4．1 非饱和土吸力及强度理论

4．2．1 试验材料与仪器

4．2．2 试验方案

4．3 试验结果与分析

4．3．1 数据与结论

4．3．2 试验数据分析

4．3．3 强度包线的非线性特征

4．4 本章小结

第五章 基于FLAC3D的非饱和土边坡稳定的数值模拟

5．1 边坡稳定性研究概况及方法

5．1．1 常见边坡稳定性分析法

5．1．2 非饱和土边坡稳定性分析

5．1．3 强度折减法

5．1．4 边坡失稳判据

5．2 研究思路

5．3 算例分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况