膠結(jié)作用對(duì)球狀顆粒材料強(qiáng)度特性影響的試驗(yàn)研究.pdf

1、由于土中顆粒排列特性和膠結(jié)特性分別所表現(xiàn)出的幾何特征與宏觀力學(xué)特征構(gòu)成了土的結(jié)構(gòu)性，這兩個(gè)特性是研究土結(jié)構(gòu)性不可或缺的重要途徑。混合膠結(jié)材料的強(qiáng)度及其所產(chǎn)生的改良和加固效果是目前研究的焦點(diǎn)問題之一。本文在總結(jié)了關(guān)于土的微觀結(jié)構(gòu)、膠結(jié)特性的研究方法以及骨架顆粒選取的研究進(jìn)展后，選用球狀顆粒作為骨架，蠟和膨潤(rùn)土作為膠結(jié)材料制備人工膠結(jié)試樣，通過常規(guī)三軸試驗(yàn)，探究骨架顆粒材料、理論孔隙比、圍壓和膠結(jié)材料的含蠟率、含水率等因素對(duì)強(qiáng)度及其變形特性

2、的影響，具體研究工作如下：
　　1.為了探究不同骨架顆粒材料、膠結(jié)材料對(duì)人工膠結(jié)試樣的強(qiáng)度特性影響，本文選用玻璃珠和鋼珠兩種顆粒材料，膠結(jié)材料有不同蠟與膨潤(rùn)土體積比下的混合材料和不同含水率下的膨潤(rùn)土兩種，分別以含蠟率和含水率為變量，制備六種不同含蠟率和五種含水率試樣，分別在圍壓為50kPa、lOOkPa和200kPa下進(jìn)行三軸試驗(yàn)。分析應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可知，在含蠟率試樣中，玻璃珠和鋼珠試樣的強(qiáng)度都隨圍壓增大而逐漸增加；同條件下玻璃珠試

3、樣一般比鋼珠試樣的強(qiáng)度大；強(qiáng)度曲線的波動(dòng)隨理論孔隙比的增加而減小。在含水率試樣中，圍壓對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線形態(tài)影響不大，含水率小于37.6％時(shí)，鋼珠比玻璃珠試樣強(qiáng)度大，含水率大于等于37.6%時(shí)，結(jié)果相反。分析含蠟率、含水率與強(qiáng)度的關(guān)系可知，同條件下兩種試樣在含蠟率為100%時(shí)強(qiáng)度最低，玻璃珠試樣在含蠟率60～66.7%時(shí)強(qiáng)度一般最大。兩種試樣強(qiáng)度都隨含水率的增大而降低，不同圍壓下的含水率和強(qiáng)度關(guān)系呈冪函數(shù)相關(guān)且鋼珠試樣的曲率較大。分析含蠟率

4、、含水率對(duì)強(qiáng)度參數(shù)的影響可知，玻璃珠和鋼珠試樣的黏聚力隨含蠟率的波動(dòng)趨勢(shì)一致；除純蠟條件下，玻璃珠試樣的黏聚力一般較大，含蠟率對(duì)粘聚力和內(nèi)摩擦角的貢獻(xiàn)是有峰值的；同條件下，試樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角都隨含水率增加整體表現(xiàn)下降的趨勢(shì)。
　　2.為了將骨架顆粒與膠結(jié)材料對(duì)強(qiáng)度的影響大小進(jìn)一步細(xì)化，本文分別制備六種含蠟率和三種初始含水率下的飽和膠結(jié)試樣進(jìn)行直剪試驗(yàn)，分析正壓力、含蠟率和初始含水率與直接剪切強(qiáng)度的關(guān)系。分析試驗(yàn)結(jié)果得知，同條件

5、下試樣的強(qiáng)度都隨正壓力增大而增大；較低正壓力下，強(qiáng)度曲線表現(xiàn)出強(qiáng)軟化性，存在峰值強(qiáng)度，含蠟率小于等于50%時(shí)，正壓力為200kPa時(shí)，強(qiáng)度曲線近似線性增加，表現(xiàn)強(qiáng)硬化性；不同初始含水率下的飽和試樣均表現(xiàn)明顯的軟化性，且隨初始含水率的增加軟化性逐增；當(dāng)初始含水率為44.3%時(shí)，試樣的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線波動(dòng)較大。含蠟率為60%時(shí)，試樣的內(nèi)摩擦角最大，黏聚力最小，含蠟率為33.3%時(shí)，結(jié)果相反；試樣的內(nèi)摩擦角隨初始含水率的增大逐漸減小。

6、　　3.此外本文對(duì)不同條件下試樣的破壞形態(tài)進(jìn)行總結(jié)，三軸試驗(yàn)中試樣的破壞形態(tài)可分為上部、中部、下部擠壓破壞和典型剪切帶破壞，純蠟條件下，鋼珠試樣的破壞位置隨理論孔隙比的增加由下部向上部移動(dòng)；不同含蠟率下，較低圍壓下主要為剪切帶破壞，較高圍壓下以擠壓破壞為主；不同含水率下，上部擠壓破壞主要在含水率較低試樣中；直剪試驗(yàn)中試樣的破壞形態(tài)都表現(xiàn)典型的剪切面破壞形式。
　　4.對(duì)比前人研究?jī)?nèi)容，本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用蠟和膨潤(rùn)土混合作為膠結(jié)材料