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原文传递兰州地区钢渣改良红层泥岩填料试验及蠕变模型研究

论文题名：	兰州地区钢渣改良红层泥岩填料试验及蠕变模型研究
关键词：	红层泥岩填料;钢渣;改良试验;蠕变模型;有限元分析
摘要：	甘肃地区近年来建成通车的公路工程病害频发，以红层地质为背景的工程项目尤为显著。因此，选择合适的改良材料来提升红层泥岩填料的工程特性成为了关键。而受能源结构、发展阶段影响，未来我国大宗固体废弃物仍将面临利用不充分、综合利用产品附加值低等严峻挑战，仅钢渣的累计堆存量就超过10亿吨，推进资源化利用势在必行。现阶段道路工程建设中，如果能扩大钢渣利用规模，将其作为改良材料进行资源化研究，对于缓解优质填料紧缺、改善生态环境、降低工程成本意义重大。　　故本文以提升红层泥岩填料工程特性和推动钢渣资源化利用为出发点，开展兰州地区钢渣改良红层泥岩填料的试验研究，总结钢渣对于红层泥岩填料物理力学性质的影响规律，分析试样改良前后的蠕变特性变化，并考虑土层结构对路段整体的作用，主要工作和结论如下：　　(1)以兰州西的南坡坪社区北侧的红层泥岩填料为研究对象，通过颗粒分析、易溶盐测定和XRD试验确定其颗粒级配、离子含量以及物相组成，并结合常规渗透、固结和三轴试验获得红层泥岩填料的渗透系数、压缩模量以及抗剪强度指标。　　(2)研究不同钢渣掺量（4%，6%，8%，10%，12%）对红层泥岩填料物理力学特性的影响。综合试验结果，认为钢渣改良土在工程特性上的提升主要得益于钢渣在红层泥岩孔隙中的有效填充，并起到增强粒间摩擦和疏水性的作用，渗透系数、压缩模量均有所提升。改良土的无侧限抗压强度和抗剪强度随钢渣掺量增加呈现先增后减的趋势，在8%掺量下达到峰值说明该比例下的孔隙填充效果较好。考虑龄期的强度试验结果反映出该类钢渣的潜在水硬性不会因掺量和养护龄期的增加得到激发。初始含水率的增加会使UU三轴试验的试样破坏形式由剪切破坏逐渐转为鼓胀破坏。　　(3)进行红层泥岩填料及其钢渣改良土的单轴压缩蠕变试验，发现改良前后的土样均有明显的次固结变形阶段。初始含水率、初始压实度和固结压力对其变形特征的影响显著，各级固结压力下的次固结系数均随压实度的增加而减小，而初始含水率的高低会改变其发展规律：低于最优含水率时，次固结系数会因固结压力的增加逐渐减小；大于或等于最优含水率时，次固结系数随固结压力的增加表现出先增后减的趋势。　　(4)分别采用经验模型（幂函数模型、Singh-Mitchell模型）、理论模型（Merchant模型、Burgers模型）和半理论半经验模型对试验曲线进行拟合，评估各类模型的适用性。结果表明：理论模型与经验模型相结合的形式能准确反映红层泥岩填料及其改良土的蠕变特性，并涵盖非线性粘塑性阶段。计算得到的拟合曲线与试验实测值吻合较好，形式统一。　　(5)利用ABAQUS从试样的受荷过程、变形机理以及路段结构的裂纹问题等角度进行分析。土层材料的改变对于路基乃至路面层都会产生不同程度的影响，层间裂缝尖端的应力强度因子受半正弦荷载影响显著，底基层与土层间的模量差异是导致滞后现象和应力集中的主要因素，提高土层模量能够避免这种界面效应引发的问题。
作者：	朱明哲
专业：	交通运输工程
导师：	余云燕;李晓民
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022