摻入專(zhuān)利添加劑的水泥土力學(xué)性質(zhì)的試驗研究

第26卷第3期蘇州科技學(xué)院學(xué)報(工程技術(shù)版)Vol.26No. 32013年9月Joumnal of Suzhou University of Science and Technology (Engineering and Technology )Sep.2013摻人專(zhuān)利添加劑的水泥土力學(xué)性質(zhì)的試驗研究方咸美，顧歡達,殷志文(蘇州科技學(xué)院土木工程學(xué)院,江蘇蘇州215011)摘要:基于提高擴大支盤(pán)加筋水泥土樁水泥土強度的要求,針對摻入專(zhuān)利添加劑的水泥土的力學(xué)性質(zhì),采用室內試驗的方法進(jìn)行了比較系統的研究,并與未摻添加劑的水泥土的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了對比。研究表明，專(zhuān)利添加劑能夠較明顯的提高水泥土的強度和變形性能。文中具體分析了兩種水泥土的強度發(fā)揮和變形的變化規律，以及專(zhuān)利水泥土的應力-應變關(guān)系,對專(zhuān)利水泥土的應力應變關(guān)系進(jìn)行了擬合分析,以供實(shí)際工程參考。關(guān)鍵詞:水泥土;添加劑;無(wú)側限抗壓強度;摻入比中圖分類(lèi)號: TU472.5文獻標識碼: A文章編號: 1672- -0679(2013)03 -0037-05擴大支盤(pán)加筋水泥土樁(以下簡(jiǎn)稱(chēng)多支盤(pán)樁,見(jiàn)圖1),是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型抗浮樁型,主要利用支盤(pán)端阻力及樁側摩擦阻力抵抗上拔荷載。與普通鋼筋混凝土樁相比,不僅具有施工簡(jiǎn)便、明顯降低工程造價(jià)的優(yōu)點(diǎn),而且可以充分利用水泥土抗壓承載力較高的特性,使得多支盤(pán)樁能夠發(fā)揮較高的單樁抗拔承載力?？梢蕴娲鷤鹘y抗拔樁,應用于高層建筑的多層地下室、地鐵及隧道、地下市政設施等工程的抗浮措施中。國內部分地區的工程實(shí)踐,顯示出其良好的工程特性和明顯的經(jīng)濟和社會(huì )效益"。根據支盤(pán)樁承受上拔荷載作用時(shí)的受力機理,支盤(pán)尤其是位于樁體下部的支盤(pán),在單樁抗拔承載力發(fā)揮過(guò)程中起著(zhù)很重要的作用,因此,支盤(pán)本身的強度與剛度對支盤(pán)樁的抗拔承載力發(fā)揮產(chǎn)生很大的影響。針對多支盤(pán)樁,通過(guò)提高構成樁體的水泥土強度,可以有效地提高多支盤(pán)樁的抗拔承載力,從而達到進(jìn)--步提高單樁抗拔承載力、節省工程造價(jià)的目的。在實(shí)踐中,常用摻人添加劑的方式來(lái)提高水泥土的強度,由于水泥土的強度發(fā)揮與添加劑的性質(zhì)、土質(zhì)條件及環(huán)境因素等有關(guān),基于多支盤(pán)樁在本地區推廣應用的目的,研究過(guò)程中選取本地區比較有代表性的粉質(zhì)粘土作為原料土,并選擇在其他地區工程中顯示具有良好效果的某專(zhuān)利添加劑作為提高水泥土強度、改善水泥土變形性質(zhì)的添加劑,并與未摻添加劑的水泥土進(jìn)行對比，研究該添加劑對提高水泥土強度改善水泥土-44頭變形性質(zhì)的效用,并分析摻人添加劑的專(zhuān)利水泥土相應的力學(xué)性質(zhì)、強度發(fā)揮特征及本圖1多支 盤(pán)樁構造構關(guān)系,為抗拔樁的設計及施工提供參考。1試驗方法及原料1原料選擇本試驗的主要材料包括原料土、水泥及專(zhuān)利添加劑。水泥選擇標號為42.5的普通硅酸鹽水泥,水為普通自來(lái)水，原料土樣取自蘇州港龍財智商業(yè)廣場(chǎng)二期的基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中的取出的土體,其主要物理性質(zhì)指標如表1所示。表1土樣物理性質(zhì)含水量1%濕潤密度1g . cm:3比重1g _孔隙比液限指數塑限指數30.71.922.740.870.6512.0根據表1所示物理性質(zhì)指標,依據巖土工程勘察規范中關(guān)于土的分類(lèi)標準,所用原料土應定名為粉質(zhì)粘土。原料土的顆粒級配曲線(xiàn)如圖2所示,據此可知,原料土級配連續,粒徑小于0.075mm的細粒土的比例超過(guò)80%,不均勻系數C=14.63,曲率系數C=1.28,屬于級配良好的土體。_中國煤化工[收稿日期] 2012-12-10MYHCNMHG[作者簡(jiǎn)介]方咸美(1988-),男,安徽巢湖人，碩士研究生。4蘇州科技學(xué)院學(xué)報(工程技術(shù)版)2013表3專(zhuān)利水泥土的試驗參數參數7d28d90dA1.172 11.73162.3425B-1.244 5-1.906 1-2.4806R0.975 20.85720.8607而李建軍等心的研究發(fā)現:不同學(xué)者對于Eso和q。之間的比例關(guān)系相差--個(gè)數量級之多,對于工程應用很不可靠。因此，針對不同工程的土質(zhì)條件,需要通過(guò)試驗研究尋找合適的比例關(guān)系。結合本次試驗結果:圖8表示的是在不同水泥摻人比條件下,普通水泥土和專(zhuān)利水泥土的Eso 與q.的關(guān)系圖。對于普通水泥土,水泥摻人比為8%和12%時(shí),無(wú)側限抗壓強度q。在0.69~3.20MPa之間,對應的變形模量Ego在247.30-666.40MPa之間,Eso約為(170~300)qa;對于專(zhuān)利水泥土,水泥摻人比為4%、8%、12%和16%時(shí),無(wú)側限抗壓強度qu在0.33-5.09 MPa之間,對應的變形模量Ex在58.66~-1 196.28 MPa,Eso約為(190~370)quo根據兩種水泥土上下限趨勢線(xiàn)及均值趨勢線(xiàn)分析,專(zhuān)利水泥土的趨勢線(xiàn)均位于普通水泥土對應趨勢線(xiàn)的上方,可以認為在強度相近的條件下,專(zhuān)利水泥土的變形模量均值要高于普通水泥土,此結果表示在相同的荷載條件下，以專(zhuān)利水泥土為樁體的多支盤(pán)樁更有利于減小樁體的變形,從而也有利于多支盤(pán)樁抗拔承載力的發(fā)揮。2.2.3破壞應變與強度之間的關(guān)系圖9是普通水泥土和專(zhuān)利水泥土的破壞應變Ey與抗壓強度qu之間的關(guān)系圖。圖示結果顯示,水泥土的破壞應變隨強度的提高而減小，說(shuō)明隨著(zhù)水泥土強度的提高,水泥土的破壞模式趨于脆性破壞。此結果說(shuō)明,在以水泥土作為樁體的多擴大支盤(pán)樁承受上拔荷載時(shí),提高水泥土的強度,不僅有利于提高單樁抗拔承載力，而且有利于減小樁體的壓縮變形。比較兩種水泥土在強度相近條件下的破壞應變,其值比較接近,說(shuō)明摻人專(zhuān)利添加劑并沒(méi)有明顯改變水泥土自身的破壞模式,其主要作用是提高水泥土的強度。試驗結果分析表明,水泥土的破壞應變與無(wú)側限抗壓強度之間較好地符合對數關(guān)系,可以擬合兩個(gè)物理量之間的相關(guān)關(guān)系,即e=AInq.+B。擬合曲線(xiàn)的參數如下表5所示,從表5中可以看出,相關(guān)系數較高,擬合效果較好。表4專(zhuān)利水泥土的試驗參數_28d425.1400385.7700419.670 0-537.3500-364.9400-365.42000.906 90.81610.842 0表5水泥土的試驗參數普通水泥土專(zhuān)利水泥土R2-0.569 01.24570.751 3-0.492 01.5000.5514圖7不同水泥摻入比時(shí)變形模量2.3應力-應變關(guān)系通過(guò)分析發(fā)現專(zhuān)利水泥土的應力-應變關(guān)系曲線(xiàn)和正常固結粘性土硬化階段的雙曲線(xiàn)四相似,因此采用正常固結粘性土硬化階段的雙曲線(xiàn)擬合專(zhuān)利水泥土的應力應變曲線(xiàn),擬合公式如下σ=8(a+b&)(4)式中,σ為應力,MPa;ε為應變, %;a.b為擬合參數。圖10為所選取的齡期為28 d的不同水泥摻人比條件下專(zhuān)利水泥土應力-應變關(guān)系中比較典型的曲線(xiàn),并進(jìn)行了雙曲線(xiàn)擬合,擬合結果如表6所示。q。/MPaquMPa(a)普通水泥土(b)專(zhuān)利水泥土圖8變形模量Exo與無(wú)側限抗壓強度9.之間的關(guān)系圖圖9破壞應中國煤化工旬的關(guān)系圖分析圖示擬合曲線(xiàn)與實(shí)測曲線(xiàn)對比情況,雙曲線(xiàn)模型能比較好的MHCNMHG變關(guān)系在硬化階段的非線(xiàn)性特征。第3期方咸美等:摻人專(zhuān)利添加劑的水泥土力學(xué)性質(zhì)的試驗研究41表6擬合結果試樣編號齡期ld_aw/%ap1%_ab_480.1105.402 8280.11240.396 4120.06890.462 61660.093 10.092 8圖10σ-ε曲線(xiàn)的雙曲線(xiàn)擬合3結論基于提高多支盤(pán)樁樁體強度和變形性能的目的,采用室內試驗的方法對未摻添加劑的普通水泥土和摻人專(zhuān)利添加劑的專(zhuān)利水泥土的強度發(fā)揮和變形特性進(jìn)行了比較系統的研究,并得到如下結論:(1)專(zhuān)利添加劑可以比較明顯的提高水泥土的強度,能夠達到強化多支盤(pán)樁的樁體強度,提高單樁抗拔承載力的目的;(2)水泥土的強度、變形模量和水泥摻人比之間的關(guān)系以及破壞應變和無(wú)側限抗壓強度之間均存在比較好的相關(guān)關(guān)系,并可以按對數關(guān)系進(jìn)行擬合;(3)專(zhuān)利添加劑有利于提高加載時(shí)的比例界限荷載值,摻人添加劑的專(zhuān)利水泥土,其線(xiàn)彈性范圍增大,在荷載作用下,專(zhuān)利水泥土較普通水泥土更不易產(chǎn)生塑性變形;(4)普通水泥土和專(zhuān)利水泥土,破壞應變均隨著(zhù)其強度的增大而減小,在強度相近的情況下,兩者的破壞應變比較接近,結合其應力-應變關(guān)系,說(shuō)明摻人專(zhuān)利添加劑并沒(méi)有明顯改變水泥土的破壞模式;(5)雙曲線(xiàn)模型可以較好的反映專(zhuān)利水泥土在硬化階段的應力應變關(guān)系,可以為相關(guān)的設計計算提供理論參考。參考文獻:[1]余建民,馮翠紅.李遠多支盤(pán)加筋水泥上樁抗拔機理研究[].鐵道建筑,2011(1):41-43.[2] 建設部綜合勘察研究設計院GB/T50021-2001巖土工程勘察規范[S]北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.[3]南京水利科學(xué)研究院. CB/T50123-1999土工試驗方法標準[S].北京:中國計劃出版社. 199.9[4] 陳勉,宋少華,沈劍林,陳越.水泥粉噴樁樁體水泥黑土力學(xué)性質(zhì)試驗研究[].巖土工程學(xué)報,2001 ,23(3):302-305.[5] 燕仲或.水泥土添加劑室內試驗研究[D].南京:東南大學(xué).2010.[6]周麗萍,申向東.水泥土力學(xué)性能的試驗研究[].硅酸鹽通報,2009,28(2):359365.[7] 湯怡新,劉漢龍,朱偉.水泥固化土工程特性試驗研究[],巖土工程學(xué)報,020(5).549-554<.5[8] 李建軍,梁仁旺.水泥土抗壓強度和變形模量試驗研究[].巖士力學(xué),2009 ,30(2):473 477.[9]李廣信.高等土力學(xué)(M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.Experiment research of mechanical property of cement- -stabilized soil added withpatented additiveFANG Xianmei, GU Huanda, YIN Zhiwen(School of Civil Engineering, SUST, Suzhou 21501 1, China)Abstract: In this paper, the laboratory tests of cement- -tabilized soil added and non-added with patented addi-tive depend on reinforced expand branch disk cement- -soil pile had been carried out. The conclusion shows thatthe patented additive can obviously promote the cement- -stabilized soil's strength and deformation behavior. Thispaper has also analyzed the variation of the strength performance and deformation behavior of the common ce-ment- stabilized soil and the modified cement-stabilized soil, and the relationship of the stress- strain. And finallythe paper has presented the ftting analysis of the stress -strain relationship of the_ soil, which will be of somepractical engineering reference.中國煤化工Key words :cement-stabilized soil; additive ;unconfined compressive strenMYHCNMH G(責任編輯:秦中悅)