土三轴试验研究及土应力路径

1、粉土及其稳定土的三轴试验研究汇报人：汪斌本周研读论文本周研读论文粉土及其稳定土的三轴试验研究粉土及其稳定土的三轴试验研究砂土应力路径本构模型的试验验证砂土应力路径本构模型的试验验证不同应力路径下结构性土的力学特性不同应力路径下结构性土的力学特性非饱和土三轴仪的实验操作及应用非饱和土三轴仪的实验操作及应用草灌植物浅细根系固土的三轴实验研究草灌植物浅细根系固土的三轴实验研究粉土及其稳定土的三轴试验研究粉土及其稳定土的三轴试验研究 研究课题研究目的主要内容主要内容以粉土和以粉土和4 %石灰、石灰、2 %水泥水泥+2 %石灰、石灰、4 %SEU-2 型固化剂、型固化剂、8%SEU-2 型固化剂处理的粉

2、土为研究对象，通过不固结不排型固化剂处理的粉土为研究对象，通过不固结不排水三轴剪切试验水三轴剪切试验(UU)和固结不排水三轴剪切试验和固结不排水三轴剪切试验(CU)对变掺量、对变掺量、变龄期条件下粉土及稳定土的强度和变形特性进行了研究。试变龄期条件下粉土及稳定土的强度和变形特性进行了研究。试验结果表明：粉土及其稳定土的应力验结果表明：粉土及其稳定土的应力-应变曲线主要为软化型。应变曲线主要为软化型。SEU-2 型固化剂在改善粉土的凝聚力方面起了很好的作用，综型固化剂在改善粉土的凝聚力方面起了很好的作用，综合考虑了不同稳定方法的强度指标，表明掺合考虑了不同稳定方法的强度指标，表明掺SEU-2 型

3、固化剂是型固化剂是稳定粉土的最有效的方法。稳定粉土的最有效的方法。引言引言welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience粉土系介于粘性土和砂性土之间的一类土，工程性质比较复杂，粉土系介于粘性土和砂性土之间的一类土，工程性质比较复杂，按照按照岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范11的规定：凡粒径大于的规定：凡粒径大于0.075 mm0.075 mm、颗粒含量小于或等于全重颗粒含量小于或等于全重50 %50 %、且塑性指数小于或等于、且塑性指数小于或等于10 10 的土的土为粉土，其粒

4、组成分中为粉土，其粒组成分中0.0050.0050.05 mm 0.05 mm 和和0.050.050.075 mm0.075 mm的粒的粒组占绝大多数。这类土既不同于粘性土，又有别于砂土，水与土组占绝大多数。这类土既不同于粘性土，又有别于砂土，水与土颗粒之间的作用明显异于粘性土和砂土，主要表现颗粒之间的作用明显异于粘性土和砂土，主要表现“粉粒粉粒”的特的特征，随着颗粒组成的不同，其工程性质有转折性变化。粉性土作征，随着颗粒组成的不同，其工程性质有转折性变化。粉性土作为筑路材料，因含有较多的粉粒，干时虽稍有粘结性，但易被压为筑路材料，因含有较多的粉粒，干时虽稍有粘结性，但易被压碎、扬尘大，浸水

5、时很快被湿透，易形成流体状态。粉性土的毛碎、扬尘大，浸水时很快被湿透，易形成流体状态。粉性土的毛细水上升高度大，在季节性冰冻地区更容易使路基产生水分累积，细水上升高度大，在季节性冰冻地区更容易使路基产生水分累积，造成严重的冻胀翻浆现象。造成严重的冻胀翻浆现象。引言引言稳定土稳定土2是采用一定的物理化学方法及其相应的技术措施使土是采用一定的物理化学方法及其相应的技术措施使土的物理力学性能得到改善以适应工程技术的需要。稳定土的方的物理力学性能得到改善以适应工程技术的需要。稳定土的方法有多种，但目前国内外仍以无机结合料稳定为主，改善土性法有多种，但目前国内外仍以无机结合料稳定为主，改善土性质的产品主

6、要有石灰、水泥、粉煤灰或这些材料的混合物，在质的产品主要有石灰、水泥、粉煤灰或这些材料的混合物，在几十年的发展过程中，已形成了比较成熟的无机结合料稳定方几十年的发展过程中，已形成了比较成熟的无机结合料稳定方法，但从实践效果来看，不同的结合料法，但从实践效果来看，不同的结合料，其稳定的效果有着明其稳定的效果有着明显的差异显的差异。针对江苏地区粉土的特殊性，从提高粉。针对江苏地区粉土的特殊性，从提高粉土体系本身土体系本身的强度着手，同时考虑水稳定性、抗收缩性等性能进行研究。的强度着手，同时考虑水稳定性、抗收缩性等性能进行研究。使掺入到粉土中的固化材料使掺入到粉土中的固化材料不仅起到胶凝和填充的作用

7、，最好不仅起到胶凝和填充的作用，最好能激发粉土自身能激发粉土自身的活性，或者与土粒发生相互作用，基于这样的活性，或者与土粒发生相互作用，基于这样的研究思路，提出粉土固化材料的可能组分，研制成功的研究思路，提出粉土固化材料的可能组分，研制成功SEU-2 型固化剂，并将其应用到高速公路的路基填筑中型固化剂，并将其应用到高速公路的路基填筑中5。本文一方。本文一方面借鉴以往的研究成果，采用传统的无机结合料（石灰、水泥面借鉴以往的研究成果，采用传统的无机结合料（石灰、水泥+石灰）的方法；另一方面采用石灰）的方法；另一方面采用SEU-2 型固化剂的稳定方法，型固化剂的稳定方法，从力学性能的角度出发，研究粉

8、土作为路基填料的可行性。从力学性能的角度出发，研究粉土作为路基填料的可行性。粉土的强度特性及应力粉土的强度特性及应力-应变特性应变特性根据击实试验结果，粉土的最大干密度为根据击实试验结果，粉土的最大干密度为1.805 g/cm3，制样取对应，制样取对应压实度压实度95 %的干密度进行制备，成型后进行饱和。的干密度进行制备，成型后进行饱和。UU 试验结果如图试验结果如图1，在不同围压条件下粉土的应力，在不同围压条件下粉土的应力-应变关系可见图应变关系可见图2，重塑样在围压，重塑样在围压100 kPa的较低应力水平下有明显的峰值，呈脆性破坏，破坏后残余的较低应力水平下有明显的峰值，呈脆性破坏，破坏

9、后残余强度低，应力强度低，应力-应变曲线呈软化型；在围压应变曲线呈软化型；在围压400kPa 的较高应力水平下，的较高应力水平下，土样峰值不明显，以塑性破坏为主，应力土样峰值不明显，以塑性破坏为主，应力-应变曲线接近硬化型；而在应变曲线接近硬化型；而在围压围压200 kPa 的条件下，土样破坏的表现介于二者之间。的条件下，土样破坏的表现介于二者之间。粉土的粉土的 CU 试验结果与试验结果与UU 试验类似，在不同围压条件试验类似，在不同围压条件下土样都有破坏峰值，且在较低围压应力水平下表现下土样都有破坏峰值，且在较低围压应力水平下表现得更明显，应力得更明显，应力-应变曲线主要为软化型，低围压时残

10、应变曲线主要为软化型，低围压时残余强度比峰值强度降低得更多，高围压时残余强度与余强度比峰值强度降低得更多，高围压时残余强度与峰值强度相比降低得不明显。与峰值强度相比降低得不明显。与UU 试验类似，剪切过试验类似，剪切过程中孔压变化与剪切偏应力之间的关系也表现出先增程中孔压变化与剪切偏应力之间的关系也表现出先增后减，先正后负的剪胀特点。后减，先正后负的剪胀特点。3 稳定土三轴剪切试验研究稳定土三轴剪切试验研究对掺入不同稳定剂的粉土进行了对掺入不同稳定剂的粉土进行了UU 和和CU 试验，以研究在试验，以研究在变掺量、变龄期条件下土体的强度和变形特性。试样的制备变掺量、变龄期条件下土体的强度和变形特

11、性。试样的制备采用击实制样，掺稳定剂的粉土分别进行采用击实制样，掺稳定剂的粉土分别进行7，14，28 d 标准标准养护养护3,4。为方便与前面试验结果的对比，同时也为合理地。为方便与前面试验结果的对比，同时也为合理地选择稳定剂提供更充分的依据，分别选用了不同种类的稳定选择稳定剂提供更充分的依据，分别选用了不同种类的稳定剂：剂：4 %石灰、石灰、2 %水泥水泥+2 %石灰、石灰、4 %SEU-2 型固化剂、型固化剂、8 %SEU-2 型固化剂。型固化剂。3.1 掺掺4 %石灰的粉土三轴剪切试验结果石灰的粉土三轴剪切试验结果由图由图 3 和图和图4 可知，掺可知，掺4 %石灰的粉土在标养石灰的粉土

12、在标养7 d 后后UU 试验试验和和CU 试验的强度指标非常接近，试验的强度指标非常接近，u c =56.6 kPa， u =27； cu c =55.8 kPa， cu =27。图。图5 和图和图6 对此提对此提供了证明，无论是供了证明，无论是UU 试验还是试验还是CU 试验的应力试验的应力-应变曲线都应变曲线都表现为明显的峰值破坏，为典型的软化型曲线。表现为明显的峰值破坏，为典型的软化型曲线。3.1 掺掺4 %石灰的粉土三轴剪切试验结果石灰的粉土三轴剪切试验结果3.1 掺掺4 %石灰的粉土三轴剪切试验结果石灰的粉土三轴剪切试验结果3.2 掺掺2 %水泥水泥+2 %石灰的粉土三轴剪切试验结果

13、石灰的粉土三轴剪切试验结果经验表明，用水泥固化稳定土体能有效增加土体的内摩擦角和凝聚力，用经验表明，用水泥固化稳定土体能有效增加土体的内摩擦角和凝聚力，用一部分水泥代替石灰也能起比单纯掺石灰更好的固化稳定效果，这在稳定一部分水泥代替石灰也能起比单纯掺石灰更好的固化稳定效果，这在稳定粉土的直剪试验和无侧限强度试验中已有所体现，三轴剪切的结果进一步粉土的直剪试验和无侧限强度试验中已有所体现，三轴剪切的结果进一步说明了这一点。图说明了这一点。图7 和图和图8分别是掺分别是掺2 %水泥水泥+2 %石灰的石灰的UU 和和CU 试验结试验结果，试样干密度果，试样干密度1.72 g/cm3，标准养护，标准养

14、护7 d， u c =114.75 kPa，u =29； cu c =91.1 kPa， cu =29。CU 试验土样在围压下固结的效试验土样在围压下固结的效果在总应力指标上未体现出来，可由有效强度指标体现果在总应力指标上未体现出来，可由有效强度指标体现c =77.3 kPa， =31。由试验结果可见，掺由试验结果可见，掺2 %水泥水泥+2 %石灰的粉土凝聚力有显著提高，内摩擦角也有石灰的粉土凝聚力有显著提高，内摩擦角也有较大的增长，比掺较大的增长，比掺4 %石灰的粉土改善很多，特别在凝聚力方面的提高对粉土压石灰的粉土改善很多，特别在凝聚力方面的提高对粉土压实成型很有帮助。由图实成型很有帮助。

15、由图9 和图和图10 的应力的应力-应变曲线可见，水泥应变曲线可见，水泥+石灰的稳定粉土石灰的稳定粉土破破坏时的偏应力峰值非常明显，残余强度急剧降低，倾向于脆性破坏，更能体现类坏时的偏应力峰值非常明显，残余强度急剧降低，倾向于脆性破坏，更能体现类似超固结土的软化型曲线。似超固结土的软化型曲线。3.3 掺掺SEU-2 型固化剂的粉土三轴试验结果型固化剂的粉土三轴试验结果试验采用试验采用4 %和和8 %两种掺量，对添加两种掺量，对添加SEU-2型固化剂的粉土进行了型固化剂的粉土进行了UU 试验和试验和CU 试验。试验。4 %掺量的试样干密度为掺量的试样干密度为1.72 g/cm3，8 %掺量的试样

16、干密度为掺量的试样干密度为1.70 g/cm3，标准养护，标准养护7 d，强度指标见表，强度指标见表1。应力。应力-应变曲线见图应变曲线见图11、图、图12。试验结果表明：掺入不同比例的固化剂后，经短期标养，试验结果表明：掺入不同比例的固化剂后，经短期标养，4 %4 %掺量的凝聚力掺量的凝聚力增长较增长较8 %8 %掺量的要大，但前者内摩擦角却不及后者提高明显。掺量的要大，但前者内摩擦角却不及后者提高明显。掺掺SEU-2 SEU-2 型固化剂的粉土应力型固化剂的粉土应力- -应变曲线表明：稳定粉土依然保留了较明显的软应变曲线表明：稳定粉土依然保留了较明显的软化化曲线特性，破坏峰值非常明显，随后

17、残余强度下降较多，说明固化剂在改善粉土曲线特性，破坏峰值非常明显，随后残余强度下降较多，说明固化剂在改善粉土的凝聚力方面起了很好的作用。的凝聚力方面起了很好的作用。3.4 3.4 不同稳定方法效果的对比不同稳定方法效果的对比对不同稳定方法在不同龄期的强度效果可见表对不同稳定方法在不同龄期的强度效果可见表 2 2。3.4 3.4 不同稳定方法效果的对比不同稳定方法效果的对比对比标养对比标养28 d 28 d 稳定土的稳定土的UU UU 试验强度值，由表试验强度值，由表2 2 可见，掺可见，掺2 %2 %水泥水泥+2 %+2 %石灰的土石灰的土 值高于掺值高于掺4 %4 %石灰以及掺石灰以及掺4

18、%SEU-2 4 %SEU-2 型固化剂的土，掺型固化剂的土，掺8 %SEU-28 %SEU-2型固化剂的土型固化剂的土 值高于值高于2 %2 %水泥水泥+2 %+2 %石灰的土，同时也说明固化剂的掺量确实影响土的石灰的土，同时也说明固化剂的掺量确实影响土的 值。值。由表由表2 2可见，对土可见，对土c c 值的提高一般呈现良好的规律性，掺值的提高一般呈现良好的规律性，掺4 %4 %石灰的粉土、掺石灰的粉土、掺2 %2 %水泥水泥+2 %+2 %石灰的粉土、掺石灰的粉土、掺4 %SEU-2 4 %SEU-2 型固化剂的粉土、掺型固化剂的粉土、掺8 %SEU-2 8 %SEU-2 型固化剂的型固

19、化剂的粉粉土的土的28 d 28 d 的的c c 值依次增加，且差距较大，变化幅度远远大于值依次增加，且差距较大，变化幅度远远大于 值的变化幅度。值的变化幅度。对对CU CU 试验强度值也有相同的规律。考虑粉土稳定的强度问题中，重点解决粉土试验强度值也有相同的规律。考虑粉土稳定的强度问题中，重点解决粉土筑路时易分散、易开裂、难成形的关键是有效增加粉土的凝聚力，故综合考虑以筑路时易分散、易开裂、难成形的关键是有效增加粉土的凝聚力，故综合考虑以上稳定方法的强度指标，可认为掺上稳定方法的强度指标，可认为掺SEU-2 SEU-2 型固化剂是稳定粉土最有效的方法。型固化剂是稳定粉土最有效的方法。4 结论

20、结论以粉土和采用不同稳定剂处理的粉土为研究对象，通过三轴剪切试验的方法对其以粉土和采用不同稳定剂处理的粉土为研究对象，通过三轴剪切试验的方法对其强度和变形特征进行了研究，得出以下几点结论：强度和变形特征进行了研究，得出以下几点结论：(1) (1) 粉土应力粉土应力- -应变曲线主要为软化型，低围压时残余强度比峰值强度降低得更应变曲线主要为软化型，低围压时残余强度比峰值强度降低得更多，高围压时残余强度与峰值强度相比降低不明显。可认为粉土在低应力水平下多，高围压时残余强度与峰值强度相比降低不明显。可认为粉土在低应力水平下塑性较差，更倾向于脆性破坏，同时重塑的密实粉土具有剪胀性。塑性较差，更倾向于脆性破坏，同时重塑的密实粉土具有剪胀性。(2) (2) 掺掺SEU-2 SEU-2 型固化剂的粉土应力型固化剂