膠結(jié)作用對球狀顆粒材料強度特性影響的試驗研究.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，這兩個特性是研究土結(jié)構(gòu)性不可或缺的重要途徑?；旌夏z結(jié)材料的強度及其所產(chǎn)生的改良和加固效果是目前研究的焦點問題之一。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展后，選用球狀顆粒作為骨架，蠟和膨潤土作為膠結(jié)材料制備人工膠結(jié)試樣，通過常規(guī)三軸試驗，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、含水率等因素對強度及其變形特性

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)材料對人工膠結(jié)試樣的強度特性影響，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土體積比下的混合材料和不同含水率下的膨潤土兩種，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下進行三軸試驗。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度大；強度曲線的波動隨理論孔隙比的增加而減小。在含水率試樣中，圍壓對應(yīng)力應(yīng)變曲線形態(tài)影響不大，含水率小于37.6％時，鋼珠比玻璃珠試樣強度大，含水率大于等于37.6%時，結(jié)果相反。分析含蠟率、含水率與強度的關(guān)系可知，同條件下兩種試樣在含蠟率為100%時強度最低，玻璃珠試樣在含蠟率60～66.7%時強度一般最大。兩種試樣強度都隨含水率的增大而降低，不同圍壓下的含水率和強度關(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、、含水率對強度參數(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趨勢一致；除純蠟條件下，玻璃珠試樣的黏聚力一般較大，含蠟率對粘聚力和內(nèi)摩擦角的貢獻是有峰值的；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。
　　2.為了將骨架顆粒與膠結(jié)材料對強度的影響大小進一步細化，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)試樣進行直剪試驗，分析正壓力、含蠟率和初始含水率與直接剪切強度的關(guān)系。分析試驗結(jié)果得知，同條件

5、下試樣的強度都隨正壓力增大而增大；較低正壓力下，強度曲線表現(xiàn)出強軟化性，存在峰值強度，含蠟率小于等于50%時，正壓力為200kPa時，強度曲線近似線性增加，表現(xiàn)強硬化性；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，試樣的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線波動較大。含蠟率為60%時，試樣的內(nèi)摩擦角最大，黏聚力最小，含蠟率為33.3%時，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.此外本文對不同條件下試樣的破壞形態(tài)進行總結(jié)，三軸試驗中試樣的破壞形態(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；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.對比前人研究內(nèi)容，本文的創(chuàng)新點在于采用蠟和膨潤土混合作為膠結(jié)材料