工业废料注浆加固湿陷性黄土的试验研究

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黄土的湿陷性作为一种特有的性质,在建筑工程领域有着很严重的危害,常常会引起建筑物地基的不均匀沉降,建筑物开裂等一系列影响建筑物安全的后果,因此减小黄土的湿陷性至关重要。对于注浆法处理黄土湿陷性而言,目前实际工程上所采用的注浆法,注浆材料主要选用水泥注浆材料,水泥材料价格相对较高,造成工程造价的提升。而粉煤灰、矿渣等工业废料,能被碱激发,具有胶结能力,其固体颗粒较普通水泥颗粒细小,可以作为注浆材料,这类材料不仅可以满足加固软弱土地基的要求,同时在环境保护,废物利用上,也能发挥出其独特的作用,满足我国可持续发展,绿色发展的要求。本文以西宁地区原状黄土为研究对象,通过进行工业废料注浆材料各项性能试验、室内浸水压缩试验(湿陷试验)、常规三轴试验、渗透试验、微观电镜扫描试验等,了解原状黄土的各种物理力学参数;通过自制一套室内小型注浆设备,进行土体室内注浆试验,对注浆加固后的土体再进行上述试验,得到注浆后土体的各项性能参数,再与原状土各项参数进行比较,研究工业废料注浆加固湿陷性黄土的机理。研究的内容主要包括:(1)通过设置不同养护龄期,不同水灰比等条件,测试不同情况下粉煤灰水泥及矿渣水泥的各项性能,从而找到工业废料注浆材料的最佳配合比。(2)利用三轴剪切渗透仪,对注浆前后的土体进行不固结不排水三轴剪切试验,从而得到注浆前后土体的抗剪强度。(3)利用固结仪及三轴剪切渗透仪对注浆前后土体进行湿陷试验以及渗透试验,研究注浆后土体湿陷系数及渗透系数的变化。(4)利用扫描电子显微镜(SEM)及颗粒裂隙图像识别分析系统(PCAS)对注浆前后土体进行分析,得出注浆前后土体微观孔隙结构变化。研究的结论主要包括:(1)通过不同养护龄期,不同配比的注浆材料各项性能试验可知,矿渣水泥在矿渣掺量逐渐增大的过程中,其不同养护龄期下的强度均下降显著,因此不适合作为注浆材料,粉煤灰水泥强度较矿渣水泥而言更高,同时,粉煤灰水泥具有更好的可注性。(2)通过对比注浆前后土体抗剪强度指标可以看出,注浆前后的土体其内摩擦角变化幅度并不大,注浆材料中水泥掺量越高,土体的内摩擦角越小;但黏聚力变化显著,其变化规律和注浆后土体的龄期有密切关系,龄期越长,黏聚力越大,其值还与注浆材料中水泥的掺量有明显关系,水泥掺量越高,黏聚力越大。(3)通过对比注浆前后土体的湿陷系数与渗透系数可以看出,注浆后土体的湿陷系数较原状黄土而言,减小了75%以上,而渗透系数则变化更加明显,从10-4cm/s量级减小到10-7cm/s量级。(4)注浆前后土体的微观试验结果表明,决定土体强度,湿陷系数,渗透系数等变化明显的原因在于土体内部微观孔隙结构的巨大变化,从大孔隙结构变为由各种水泥水化产物填充的致密结构,并产生较大的强度,很好的从微观上解释了宏观力学试验现象。
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