水泥土的拉、压强度性能试验研究及其数值模拟

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根据《建筑基坑支护技术规程》,设计水泥土挡墙时,允许的拉、压强度比仅为6%,导致水泥掺入比和墙体厚度较大,从而造成浪费。实际上,各个地区水泥土的拉、压强度比有着很大差别,不同土质的水泥土拉、压强度比也相差很大。因此,对水泥土拉、压强度比的研究具有重要的现实意义。本文以水泥土的拉、压强度关系为研究对象,结合扬州地区土质条件,通过室内试验、数值模拟并结合工程实例,研究了不同龄期、不同水泥掺入比和不同含水率下水泥土的拉、压强度及拉、压强度比的变化规律,得出了合理的拉、压强度比的取值范围。主要研究内容与成果如下:(1)系统总结了水泥土拉、压强度的研究成果,指出了现有研究中存在的不足和需要解决的问题。(2)通过三种水泥土的无侧限抗压强度试验,对不同龄期、不同水泥掺入比、不同含水率的水泥土进行抗压强度试验。研究结果表明,水泥土的抗压强度随水泥掺入比的增加大致呈线性关系,与龄期的关系可用对数拟合。与砂土和粉土水泥土相比,粉质粘土水泥土的早期强度增长较慢,中、后期强度增长相对较快。随着龄期的增加,水泥土的最佳含水率有增大趋势,三种水泥土的最佳含水率均在25%~30%之间。(3)通过三种水泥土的径向压裂试验,对不同龄期、不同水泥掺入比、不同含水率的水泥土进行抗拉强度试验。研究结果表明,水泥土的抗拉强度随着水泥掺入比的增大而不断增大,水泥掺入比越大,水泥土的后期强度就越大,并且强度增长的幅度也较大。水泥土的抗拉强度随龄期和含水率变化的规律与抗压强度相似。(4)对比水泥土的拉、压强度试验结果可知,砂土和粉土水泥土的最小拉、压强度比约为12%,而粉质粘土水泥土最小拉、压强度比可达到16%,远大于规范中的6%。(5)水泥土的电镜扫描试验结果表明,水泥掺量的增加为促进水化物的生成提供了大量的钙离子,从而使水泥土的强度提高。随着时间的增长,水泥土中水化物不断增多,起到了很好的胶结作用,使得水泥土的强度随龄期增大。粉土和砂土水泥土的骨架结构主要以粒状为主,而粉质粘土主要以片状体和絮凝体为主;粉土和砂土的颗粒骨架作用使得粉土和砂土水泥土的强度大于粉质粘土水泥土。(6)采用数值模拟软件模拟室内水泥土的拉、压强度试验过程,并通过改变边界条件和加载条件,对水泥土抗拉强度的不同测试方法进行模拟。模拟结果表明,轴向拉伸法与试验结果最为接近,其次是径向压裂和轴向压裂。(7)实际工程水泥土挡墙的计算分析结果表明,室内试验得到的拉、压强度比结果可以用于实际工程。对于扬州地区的土质条件,采用《建筑基坑支护技术规程》验算拉应力时取拉、压强度比6%过于保守。并由此得出适用于扬州地区的合理拉、压强度比。
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