海積軟土力學(xué)特征與固化新技術(shù)研究.pdf

1、本文闡述了天津?yàn)I海新區(qū)海積軟土的特點(diǎn)、成因、工程力學(xué)性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)特征，分析了現(xiàn)有軟土地基處理方法的適用條件和影響純水泥固化軟土強(qiáng)度的主要因素，提出了使用外摻劑改善水泥固化土物理化學(xué)環(huán)境并進(jìn)而提高其強(qiáng)度的新理念，通過(guò)大量室內(nèi)試驗(yàn)，研究出了兩種新型固化劑。經(jīng)實(shí)際工程應(yīng)用，證實(shí)上述兩種新型固化劑不但固化軟土效果好，而且使用方便、經(jīng)濟(jì)效益好。同時(shí)，還從固化軟土的微觀結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)作用出發(fā)，探討了新型固化劑的固化機(jī)理。 本文主要研究?jī)?nèi)容

2、與成果如下： 1.分析了天津?yàn)I海新區(qū)海積軟土的結(jié)構(gòu)特征。發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)海積軟土均屬結(jié)構(gòu)性土，大港區(qū)結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)，塘沽區(qū)結(jié)構(gòu)性較弱，而漢沽區(qū)在二者之間。在組構(gòu)特征上，塘沽區(qū)軟土屬于典型的絮凝狀結(jié)構(gòu)，骨架松散，孔隙尺寸較大；漢沽區(qū)軟土屬于團(tuán)粒-絮凝狀結(jié)構(gòu)，片狀結(jié)構(gòu)單元體以及粒狀顆粒之間排列相對(duì)密實(shí)，而大港區(qū)軟土與漢沽區(qū)類似，但單元體與顆粒之間排列更為緊密。組構(gòu)特征的差異是三個(gè)區(qū)軟土力學(xué)性質(zhì)差異的主要原因。 2.將多重分形算法引入到海

3、積軟土微觀結(jié)構(gòu)研究中，發(fā)現(xiàn)孔隙多重分形譜特征參數(shù)f(α)max可作為土質(zhì)松散與密實(shí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。f(α)max值越高，土質(zhì)越松散。 3.提出了一個(gè)能有效反映海積軟土孔隙破損趨勢(shì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)一孔隙結(jié)構(gòu)因子(PSF)，它綜合反映了孔隙大小、形態(tài)、分布、定向性四方面的因素。孔隙結(jié)構(gòu)因子越大，土體破壞的趨勢(shì)越大，土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越低。 4.分析了影響天津?yàn)I海新區(qū)純水泥固化土強(qiáng)度的主要因素，指出除了常見(jiàn)的因素之外，軟土的含水量、有機(jī)質(zhì)含量

4、、PH值影響較大，主要表現(xiàn)在水泥土的強(qiáng)度隨軟土的含水量和有機(jī)質(zhì)含量的增加和PH值的降低而減弱，故將其稱為“水泥土強(qiáng)度弱化因子”，在濱海地區(qū)勘察時(shí)，要特別注意“水泥土強(qiáng)度弱化因子”的勘察測(cè)試，以便采取相應(yīng)措施。 5.發(fā)現(xiàn)了水泥土攪拌法存在水泥飽和效應(yīng)：當(dāng)齡期相同時(shí)，隨著摻灰量的增加，水泥固化土抗壓強(qiáng)度有較明顯的增加，并在某一最佳摻灰量時(shí)，水泥固化土強(qiáng)度達(dá)到最大，此后無(wú)論怎樣增加含灰量都不能明顯提高樁身強(qiáng)度和單樁極限承載力。水泥飽和

5、現(xiàn)象的存在、發(fā)現(xiàn)和界定，可以在保證工程質(zhì)量的前提下節(jié)省大量的資金，其經(jīng)濟(jì)意義不言而喻。 6.通過(guò)多地段、多孔位、多地層和多摻量的水泥土強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，提出了水泥土強(qiáng)度增長(zhǎng)的各向異性問(wèn)題。在摻入量和配合比相同的條件下，水泥土強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)的規(guī)律在垂向上因各層土質(zhì)不同或各層土的物理力學(xué)性質(zhì)不同而有差異，即每層水泥土的強(qiáng)度增長(zhǎng)是不同步的，它存在強(qiáng)度增長(zhǎng)的縱向異性，如果地層在水平方向上變化較大，則由于土性在水平方向的較大差異，也可能使強(qiáng)度增長(zhǎng)

6、存在橫向異性。水泥土強(qiáng)度增長(zhǎng)的縱向異性和橫向異性總稱為強(qiáng)度增長(zhǎng)的各向異性。水泥土存在的強(qiáng)度增長(zhǎng)的各向異性，揭示了單樁樁身強(qiáng)度的差異性和單樁承載力及復(fù)合地基承載力的差異性。 7.研究出了新的軟土固化劑：水泥+NaOH組合和水泥+Na2CO3組合，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐證實(shí)經(jīng)濟(jì)有效，可以推廣使用。 8.探討了軟土固化劑的固化機(jī)理，指出將NaOH和Na2CO3作為外摻劑加入水泥土中，可以使水泥土保持強(qiáng)堿性，使OH-濃度增加，促使生