周永祥1,阎培渝2,冷发光1,纪宪坤1
(1.中国建筑科学研究院建筑材料研究所,北京100013; 2.清华大学土木工程系,北京100084)
摘要:对2种原生盐渍土和1种非盐渍土的固化体进行单轴无侧限抗压试验和抗折试验,在ANSYS中建立有限元模型, 分析试件的破坏形态,并利用单轴无侧限抗压的试验数据,计算得到模拟三轴加载的应力-应变曲线。结果表明:盐渍土和 非盐渍土的固化体在力学性能上没有本质的区别;固化剂掺量较低时,固化土试件具有明显的塑性特征;随着固化剂掺量的增加,试件的抗压强度增大,弹塑性特征明显,并逐渐显示出脆性破坏的特征。典型的单轴无侧限抗压应力-应变曲线可分为3个阶段,即弹性段、塑性硬化段和软化段。在抗折试验中,固化剂掺量高的试件发生脆性断裂。
关键词:固化盐渍土;单轴无侧限抗压;三轴加载;应力-应变曲线;有限元分析
中图分类号:TU 472. 5;TU 448;U 419. 5 文献标识码:A 文章编号: 1672-7029(2009)01-0031-05
固化土是指在土壤中加入胶结材料,经过搅 拌、碾压、养生等处理后形成的固结体。固化土材 料一般有2种使用方式:一种是在低含水率(一般 在最优含水率附近)状态下,混和料经碾压等压制 措施形成固结体,这类固化土常被用于道路工程的 基层或底基层、建筑物的地基;另一种是在高含水 率状态下,混和料呈流动浆状,类似于水泥砂浆,这 类固化土主要用于水坝或沟渠的防渗以及旋喷桩、 搅拌桩等。在相同的土壤和固化剂条件下,上述2 种方式形成的两类固化土,在强度、弹性模量、应力 -应变曲线等力学性能上有较大差异。固化土是 一种典型的半刚性材料,其力学性能的研究已取得 不少成果。郝巨涛[1]的研究指出高含水率状态下 水泥(固化)土的力学特性类似超固结土。梁仁 旺[2]的研究给出了水泥土棱柱体(100 mm×100 mm×300 mm)在单轴抗压下的应力-应变全曲 线。童小东等[3]用损伤力学的方法对水泥土的破 坏机制进行探讨。陈甦等[4-5]研究了水泥土的试 件形状和尺寸效应以及表面约束对强度的影响作 用。Ismail等[6]研究了水泥种类对固化钙质土力 学性能的影响。Venkatarama等[7]研究了水泥土砌体的强度性能。
以上研究涉及的土壤绝大部分是非盐渍土,对 于盐渍土(特别是在我国西北地区广泛分布的易溶 盐含量较高的盐渍土)的固化及固化土的力学性能 研究,至今鲜有报道。盐渍土的固化方法与非盐渍 土的固化方法类似,但由于大量盐分的存在,对固 化过程中的化学反应以及固化后土体的性能均有 影响。本文作者采用自主开发的土壤固化剂,对青 海地区的2种原生盐渍土在最优含水率状态下进 行压制固化,测试固化盐渍土的力学性能,并与非 盐渍土试件进行比较。
1 原料、试验方法及设备
1. 1 土 样
试验涉及3种土样,其中2种为青海格尔木地 区的原生天然盐渍土(青海粉土,记为N;青海砂土,记为S),一种为非盐渍土(北京粉土,记为J), 其物理性质和化学成分分析结果见表1和表2。3 种土样的颗粒分析结果见图1,其中,青海砂土属 于级配不良的土,青海粉土与北京粉土的颗粒分布 几乎一致,均属于级配良好的土。