污染對(duì)水泥土影響的力學(xué)試驗(yàn)及其損傷本構(gòu)模型研究.pdf

1、水泥土技術(shù)由于其具有造價(jià)低、施工方法簡便、在施工中無振動(dòng)、無噪聲、無地面隆起和對(duì)周圍建筑物無有害影響等優(yōu)點(diǎn)，而在各類土體加固工程中廣泛使用。然而，水泥土的工程特點(diǎn)，常常遇見被加固的土體已經(jīng)被污染或成樁水泥土處于含有侵蝕離子的環(huán)境中的問題，這些污染土體或者環(huán)境中含有的侵蝕性離子與水泥土具有較強(qiáng)的結(jié)晶分解作用，對(duì)水泥土的力學(xué)性能和耐久性產(chǎn)生重要影響，因此研究土體污染和侵蝕環(huán)境影響下的水泥土力學(xué)特性變化、化學(xué)侵蝕特點(diǎn)、建立水泥土損傷本構(gòu)模型具

2、有重要的理論意義和工程意義。 為了適應(yīng)工程中可能遇到的兩類污染情況，配制了兩種水泥土，一種是由污染土配制成的水泥土(簡稱水泥污染土)，另一種是由無污染土配制成的水泥土(簡稱水泥土)，首次對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的水泥污染土和侵蝕環(huán)境中浸泡的水泥土在不同齡期時(shí)的外表形態(tài)、破裂特征、抗壓強(qiáng)度和應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線等進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析，結(jié)果表明，污染土較侵蝕環(huán)境對(duì)水泥土力學(xué)特性等方面的影響較弱。 首先， SO42-離子在一定含量范圍內(nèi)

3、的水泥污染土，其抗壓強(qiáng)度較無污染水泥土不但沒有降低，相反，其抗壓強(qiáng)度有一定的提高；陽離子不同，使得SO42-對(duì)水泥污染土強(qiáng)度的增強(qiáng)或削弱程度不同，結(jié)合電子顯微鏡掃描試驗(yàn)，對(duì)SO42-影響水泥污染土強(qiáng)度的原因，從微觀、細(xì)觀和化學(xué)機(jī)理三個(gè)方面進(jìn)行了定性分析。通過大量試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)實(shí)際水泥加固工程中污染土和侵蝕環(huán)境中各種離子的極限含量做了說明，對(duì)不同污染形式下各種離子對(duì)水泥污染土和水泥土的抗壓強(qiáng)度修正系數(shù)進(jìn)行了總結(jié)，并且把不同化合物、不同陰離子

4、和陽離子對(duì)水泥土強(qiáng)度影響作用的強(qiáng)弱進(jìn)行了排序，為污染土和侵蝕環(huán)境中水泥土的應(yīng)用、施工和設(shè)計(jì)提供了一定的參考依據(jù)。 其次，水泥污染土和侵蝕環(huán)境中的水泥土的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線，具有明顯的線彈性階段和塑性變形階段，塑性變形與水泥土的侵蝕方式、侵蝕離子的種類和濃度緊密相關(guān)。針對(duì)水泥土的彈塑性變形特點(diǎn)，作者提出了分段考慮水泥土變形過程的觀點(diǎn)，通過對(duì)水泥土損傷試驗(yàn)結(jié)果的分析，明確了水泥土損傷變量的變化規(guī)律，探討了水泥土的損傷機(jī)制，結(jié)合試驗(yàn)中

5、獲得的應(yīng)力一應(yīng)變曲線，建立了水泥土損傷模型，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定了水泥土的相關(guān)材料參數(shù)和損傷變量，得出了水泥土的分段彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系，說明將彈塑性的損傷理論引入到水泥土的工程力學(xué)特性領(lǐng)域是可行的、有意義的。 再次，明確了H2SO4侵蝕環(huán)境中的水泥土的化學(xué)侵蝕特點(diǎn)，定義了水泥土的化學(xué)侵蝕因子，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的知識(shí)，建立了H2SO4侵蝕環(huán)境中的水泥土早期強(qiáng)度的化學(xué)預(yù)測(cè)模型，通過與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，證明本文所建立的化學(xué)

6、預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性與合理性，為H2SO4侵蝕環(huán)境中的水泥土強(qiáng)度的預(yù)測(cè)提供了依據(jù)，該模型的建立，把化學(xué)侵蝕與力學(xué)強(qiáng)度有效地結(jié)合起來，根據(jù)文中定義的化學(xué)侵蝕因子，使我們?cè)诤暧^立場(chǎng)上清楚地了解了水泥土內(nèi)部物質(zhì)和水化產(chǎn)物與H2SO4消耗量之間的關(guān)系，對(duì)水泥土與H2SO4的反應(yīng)有了定量的認(rèn)識(shí)；同時(shí)，只要掌握不同侵蝕環(huán)境中的水泥土力學(xué)參數(shù)和侵蝕介質(zhì)的消耗速率，應(yīng)用模型可對(duì)相應(yīng)的侵蝕環(huán)境中的水泥土早期強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，為水泥土樁尤其是大體積水泥土在各種侵蝕

7、環(huán)境中的早期強(qiáng)度的預(yù)測(cè)提供了理論依據(jù)。 根據(jù)侵蝕環(huán)境中離子的遷移特點(diǎn)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，在考慮侵蝕離子在水泥土中的擴(kuò)散、滲透和化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上建立了侵蝕環(huán)境中離子遷移的模型，并求得模型的解析表達(dá)式，該模型可根據(jù)侵蝕離子的不同條件求得其解，為各種侵蝕環(huán)境中的離子遷移提供了理論依據(jù)。 文中還提出了NaOH侵蝕條件下水泥土強(qiáng)度與NaOH王濃度和齡期之間關(guān)系的強(qiáng)度預(yù)測(cè)公式，經(jīng)與試驗(yàn)值比較，證明該公式具有極高的精確性，可以用于NaOH