软土固化配方研究Word格式文档下载.docx
- 文档编号:20461572
- 上传时间:2023-01-23
- 格式:DOCX
- 页数:67
- 大小:2.42MB
软土固化配方研究Word格式文档下载.docx
《软土固化配方研究Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《软土固化配方研究Word格式文档下载.docx(67页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
合肥滨湖软土固化配方优选研究
OptimizationResearchforStabilizationSchemesofSoftSoilsinHefeiLakeside
专业学位类别:
工程硕士
建筑与土木工程
环境岩土
魏源
邵艳副教授
2015年4月
安徽建筑大学
本论文经答辩委员会全体委员审查,确认符合安徽建筑大学硕士学位论文质量要求。
答辩委员会签名
主席:
委员:
导师:
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得安徽建筑大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名:
签字日期:
年月日
导师签名:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解安徽建筑大学有保留、使用学位论文的规定,即:
研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于安徽建筑大学。
学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。
本人授权安徽建筑大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本授权书)
摘 要
合肥滨湖地区广泛分布着湖积软土,这些湖积软土大多含水量高、压缩性强、透水性差、抗剪强度低,在工程施工过程中很难满足地基承载力的要求,为此,需要对这些工程性质较差的软土进行加固处理。
现如今,水泥被广泛的应用于软土加固当中,然而水泥的生产过程会产生大量的二氧化碳,并且消耗大量不可再生资源,进而导致了环境的污染和破坏。
为了减轻污染和破坏,本文尝试性地采用工业废渣粒化高炉矿渣来加固合肥滨湖地区软土。
粒化高炉矿渣(GGBS)是由在冶炼生铁的过程中产生的高炉渣用急冷的方法制备得到的一种具有潜在活性的物质,它与水泥一样可以水化生成胶凝物质和膨胀性水化物。
采用粒化高炉矿渣来代替水泥固化软土,不仅可以减少水泥用量,降低工程造价,而且保护环境。
因此研究粒化高炉矿渣固化软土具有非常重要的现实意义和经济意义。
本文选用粒化高炉矿渣、氧化钙、石膏对合肥湖积软土进行固化处理,分析研究固化土的无侧限抗压强度,基于Box-Behnken法优化三种外添剂的配比,具体内容包括:
(1)根据合肥滨湖地区的工程地质情况,湖积软土的基本特点,对比环境因素、经济因素,确定选用粒化高炉矿渣、氧化钙、石膏这三种外添剂作为固化软土的材料。
(2)通过对固化土进行7d无侧限抗压强试验研究,找出了三种外添剂单掺时对固化土强度的影响规律。
结果显示选用三种外添剂能够有效固化软土,在经济性和技术性上是可行的。
(3)基于Box-Behnken法对三种外添剂配方进行优化研究,以不同龄期(7d、28d)的固化土无侧限抗压强度值作为目标值,以粒化高炉矿渣、氧化钙、石膏三种外添剂的掺量作为影响因子,通过方差分析,拟合出了不同龄期(7d、28d)的多元二次方程,利用交互效应分析,优化确定了三种外添剂的最佳配合比,其中GGBS为13.34%,氧化钙为3.81%,石膏为4.46%,该研究成果为固化合肥湖积软土提供了指导性建议。
图:
38表:
12参:
57
关键词:
湖积软土;
Box-Behnken法;
外添剂;
最优配合比
分类号:
TU475+.9
Abstract
LacustrinesoftsoiliswidelydistributedinHefeiLakeside,mostofthesesoftsoilexhibitshighwatercontentandcompressibility,lowpermeabilityandShearStrength.Itisdifficulttomeettherequirementsofbearingcapacityoffoundationintheconstructionprocess.Therefore,soilstabilizationisrequiredforthesepoorengineeringpropertiesofsoftsoil.Today,thecementiswidelyusedinthesoftgroundimprovementmethods.However,therearesignificantenvironmentalimpactsconnectedwiththeproductionofthecement,theproductionofthecementconsumenon-renewableresourcesandproduceCarbondioxideemissions.Inordertoreducethepollutionanddestruction,thispaperdecidedtotryusingindustrialwasteofGGBStoreinforcesoftsoilofHefeiLakeside.
GGBSisapotentiallyactivesubstances,whichisobtainedbythepreparationmethodquenchfurnaceslag.GGBSlikecementgenerategel,expansiblehydrate.ToreplacethecementreinforcedsoftsoilusingGGBS,notonlytheconstructioncostandtheamountofcementisreduced,butalsotheenvironmentisprotected.SotheGGBSreinforcesoftsoilhasveryimportantpracticalsignificanceandeconomicsignificance.GGBS,lime,gypsumareselectedtoreinforcementoflacustrinesoftsoilandanalysistheunconfinedcompressivestrengthofstabilizedsoil.BasedontheBox-Behnkenmethodoptimizingthemixofthreekindsofexternaladditionagent.themaincontentsofthestudyareshownasfollows:
(1)AccordingtocharacteristicsofthesoftgroundinHefeiLakeareaandlacustrinesoftsoilengineeringcharacteristics.TheselectionofGGBS,lime,gypsumasanadditivesisdeterminedforsoftsoilmaterialwiththecontrastenvironmentalfactorsandeconomicfactors.
(2)Oncompressivestrengthof7daystheUnconfinedtestforreinforcedsoil,toobservetheintensityvariationoftheexternaladditivewhensingle-doped.Theresultsshowthatselectionofthethreeadditivecaneffectivelyreinforcingsoftsoil,andthefeasibilityoftechnologyandeconomy.
(3)Box-Behnkenmethodwasemployedtodeterminethethreeexternaladditiveformula.Withdifferentages(7d,28d)ofsolidifiedsoilunconfinedcompressivestrengthvalueasatarget,WithGGBS,calciumoxide,gypsumcontentofthreeexternaladditiveasimpactfactor.Byanalysisofvariance,fittingoutofdifferentages(7d,28d)multivariatequadratic,EventuallyusinginteractionanalysistodeterminetheoptimumproportionforthesoftgroundinHefeiLakearea,theGGBScontentis13.34%,limecontentis3.81%,gypsumcontentis4.46%,Thisconclusionprovidesguidanceforlacustrinesoftsoilreinforcement.
Figure:
38table:
12reference:
KeyWords:
Lacustrinesoftsoil;
Box-Behnkenmethod;
additives;
optimumproportion
Chinesebookscatalog:
TU475+.9
目录
摘 要I
AbstractII
目录IV
ContentsVI
插图清单VII
附表清单IX
第一章绪论1
1.1引言1
1.2固化剂的研究现状2
1.2.1国外研究现状2
1.2.2国内研究现状3
1.2.3粒化高炉矿渣(GGBS)固化软土的研究现状5
1.4响应面法的应用现状7
1.5本文研究课题的提出、目的及意义8
第二章合肥滨湖软土固化材料选择与技术研究方法10
2.1合肥滨湖地区软土的地质情况10
2.2合肥滨湖软土加固材料的选择11
2.2.1.固化剂的种类11
2.2.2几种常见的固化材料12
2.2.3固化材料的选择13
2.3Design-Expert软件介绍16
2.3.1Design-Expert运行步骤16
2.3.2响应面法原理的基本介绍18
2.4本章小结21
第三章试验材料与试验方法23
3.1试验材料23
3.1.1软土23
3.1.2添加剂23
3.2试验方法24
3.2.1试样的准备工作24
3.3.2试样的制作与养护25
3.3.3无侧限抗压强度试验26
第四章外添剂的配方优化研究28
4.1引言28
4.2单掺试验28
4.2Box-Behnken法优化试验29
4.3试验结果与数据分析30
4.3.1模型的建立与分析30
4.3.2模型的拟合程度分析34
4.3.2交互作用分析41
4.3.3优化分析与模型推广46
4.4本章小结48
第五章结论与展望50
5.1主要结论50
5.2研究建议与展望51
参考文献53
致谢57
作者简介及读研期间主要科研成果58
Contents
AbstractⅡ
ContentsⅥ
ListofFiguresⅦ
ListofTablesⅨ
Chapter1Introduction1
Chapter2Hefeireinforcedsoftsoilmethodofmaterialselectionandtechnologyresearch10
Chapter3Testmaterialsandtestmethods23
Chapter4Optimizationresearchforadditives28
Chapter5Conclusionandprospect50
Rferences52
Compliments57
Rmeofauthor58
插图清单
图1-1滨湖新区地理位置概略1
图1-2取土现场1
图3-1磨矿功指数球磨机25
图3-2YS-2摇摆式筛析机25
图3-3水泥净浆搅拌机25
图3-4三瓣膜放置试样26
图3-5保鲜膜密封养护26
图3-6STDCTS硬件配置示意图27
图4-1GGDS与抗压强度的关系28
图4-2CaO与抗压强度的关系29
图4-3石膏与抗压强度的关系29
图4-4Box-Behnken法优化的流程图30
图4-5新建Box-Behnken法的操作界面31
图4-6Box-Behnken法的编码界面33
图4-7拟合模型的选择界面34
图4-87d的残差分布检查35
图4-928d的残差分布检查35
图4-107d的残差和预测值35
图4-1128d的残差和预测值35
图4-127d的残差和试验36
图4-1328d的残差和试验36
图4-147d预测值和实际值36
图4-1528d预测值和实际值36
图4-167d的残差和GGBS37
图4-1728d的残差和GGBS37
图4-187d残差和CaO37
图4-1928d残差和CaO37
图4-207d残差和石膏38
图4-2128d残差和石膏38
图4-227dCaO和石膏交互作用的响应面和等高线41
图4-237dCaO和GGBS交互作用的响应面和等高线42
图4-247d石膏和GGBS交互作用的响应面和等高线43
图4-2528dCaO和GGBS交互作用的响应面和等高线44
图4-2628d石膏和GGBS交互作用的响应面和等高线45
图4-2728dCaO和石膏交互作用的响应面和等高线45
图4-28优化标准设置46
图4-29Box-Behnken法优化结果47
图4-30无侧限抗压强度实际值与预测值强度对比48
附表清单
表2.1粒化高炉矿渣(GGBS)的主要化学组份14
表2.2中心旋转组合试验与Box-Behnken试验的对比18
表3.1巢湖市滨湖景城东区软土的基本物理性质23
表3.2粒化高炉矿渣的化学组份23
表3.3生石灰主要化学成分24
表4.1实验因素和水平30
表4.2三因素的Box-Behnken试验设计32
表4.37d强度方差分析38
表4.47d回归模型的方差分析结果39
表4.528d强度方差分析39
表4.628d回归模型的方差分析结果40
表4.7实际值与预测值对比47
第一章绪论
1.1引言
软土的特殊性在于具有一定的区域性,同时软土还具有天然含水率高、天然孔隙比大、压缩性强、透水性差、抗剪强度低等物理特点。
在我国,按照软土的分布区域的不同,可以把软土分为沿海软土、内陆软土、山区软土。
在沿海地区分布着三角洲相沉积软土,由于河流的流速在流至海洋时急剧减小,河水所携带的大量沉积物在入海口出堆积,因此沿海地区软土的特点是厚度比较大,工程性质比较均匀。
对于内陆地区软土,主要以河流相沉积软土和湖相沉积软土为主,河流相沉积软土主要分布在大江大河的中下游或者河漫滩上,与其他土层交替成层,因此软土层的厚度不大且不均匀,产生的沉降也不均匀。
湖相沉积软土主要分布在湖泊的周围地带,由于湖泊的淤塞,河流带入的泥沙进入湖泊时流速变慢,导致颗粒较大的多集中于湖边,而颗粒较小的沉积于湖中。
由于湖泊中生长的植物富含微生物,沉积物中含有大量的腐殖质跟植物根系,因此湖相沉积软土多为有机质含量较高的泥炭质土。
同时,在湖泊边缘沉积的软土,厚度非常的不均匀,处理这类软土时应注意,否则将会引起不均匀沉降。
图1-1滨湖新区地理位置概略图1-2取土现场
本文所采用的是合肥滨湖新区湖相沉积软土[1],合肥滨湖新区位于合肥地区南侧,巢湖之北侧,属于长江流域,区内天然河流较多,如图1-1所示。
在滨湖范围内,第四纪沉积物厚在20~40米,地表下面便是以淤泥质粉质粘土为主的软土,图1-2所示为取土现场的地貌特征,其物理特性及其固结机理与其他地区的软土相比是有所不同的。
滨湖新区软土的天然含水率平均值为39.80%,且均大于或等于其液限值,大部分土样的天然含水率超过其液限值2%左右。
天然状态下的软土液性指数在1.02~1.16之间,土体长期处于饱和流塑状态。
软土饱和度大都在90%以上,基本属于饱和土。
滨湖新区软土的初始孔隙比大都在1.1~1.2之间,其值均大于1.0。
且当压应力从100kPa增加到200kPa的过程中,软土的平均压缩系数为0.85MPa-1,平均压缩模量为3.30MPa,属于高压缩性土,所以这类土受力压缩后沉降比较大。
软合肥滨湖新区土粘聚力一般在6~11kPa及内摩擦角也较小,为3°
左右,所以这决定了软土的地基承载力低和地基稳定差。
因此处理滨湖新区不同特性的软土应采用不同的处理方法,为此提出经济且合理的处理办法显得尤为重要。
目前,在施工过程中常用的是以水泥作为主剂的软土固化剂,利用旋喷或者粉喷的形式,使加固土与水泥充分的搅拌,形成达到地基承载力要求的加固土体。
然而这种水泥固化土在得到广泛应用的同时也存在着一些问题。
首先,水泥在生产的过程中会消耗大量的能量和资源;
其次,生产水泥时会排出大量的粉尘、SO2以及CO2,以普通硅酸盐水泥为例,生产1000kg熟料需向大气排放约950kgCO2;
最后,对于某些含水量较高的软土地区,采用水泥的加固效果并不理想。
因此,不少专家学者已经开始尝试采用新型的固化剂来代替水泥固化软土,这些固化剂多采用多种添加剂按照一定的比例混合制成,不仅可以有效的提高软土的固化效果,同时可以减少水泥的用量,达到节能减排、低碳环保的目的。
1.2固化剂的研究现状
固化剂事实上就是利用添加剂对固化土体进行化学的处理,来改变土体的构成以及工程特性,进而达到提高固化土体强度的目的。
在工程施工过程中,人们慢慢的意识到水泥土的早强低,容易开裂,特别是对于那些塑性指数比较高的黏性土和有机质含量高的土加固效果并不理想。
因此许多专家学者对固化土的方法进行了研究,提出了多种加固土体的方案,加固软弱地基的方案有很多种,但是只有正确的评价不同地区软土的工程特性,这样才能做出合理的方案选择。
由于我国区域跨度大,软土分布的不均,因此研究总结不同区域的软土特性显得尤为的重要。
国内外的诸多专家研究人员对不同区域的软弱地基固化剂开展了更为详细的分析。
1.2.1国外研究现状
Kamon,M.[2]等通过研究发现利用含大量Fe2O3的工业矿渣和熟石灰在加固土体时,加入一定量的含铝煤泥能够显著改善加固土的先期强度。
Al-Rawas,A.A.[3]等通过研究发现,在利用工业矿渣对膨胀土加固时,铜矿渣会引起膨胀,而粒化废渣和水泥废渣对膨胀土的膨胀性存在不同程度的降低。
HeikkiKukko[4]通过实验研究表明,在利用工业废渣固化粘土时,土体的固化强度和水粘结剂的比率有关,提高温度能促进试验发展,温度在60°
为宜。
OmarSaeedBaghabra[5]认为在土体的含水率比较高的情况下,利用水泥和石灰分别加固Sabkha粘土的效果较好。
G.Rajasekaran[6]在对生石灰加固海相软粘土的研究中指出,硫酸纳的加入对石灰土的抗压强度影响不利,但是硫酸锡的加入却能明显提高土体的强度,结合相关试验对反应过程中的合成物和硫酸盐对加固效果的影响进行了验证。
SamirHebib[7]针对淤泥土开展了加固分析,通过进行无侧向压力的抗压强度试验与加固土本构关系的研究,分析了各种加固材料的固化效果。
Bell[8]试着将PFA运用到水泥以及石灰中去,并对加入了PFA的固化剂对固化粘性土的效果进行了试验分析。
Bobrowski[9]通过对固化软土的研究,找到了一种离子型固化剂来加固软基土。
Zalihe[10]采用二灰固化含有灰质的胀缩性黏土。
ApochitKampala[11]认为采用电石渣加固粉质黏土在工程特性以及环保、经济性上都要优于石灰加固土。
其对固化土的塑性指数、最佳含水率和最大干密度等指标进行了试验研究。
美国、日本等国对加固剂研究较早,并且对加固技术展开了深入研究,特别是对添加剂成分的改进,从过去的仅仅使用水泥、石灰、粉煤灰等一种固化剂转变到使用不同种添加剂混合配比,研制出了可以提高并改善土的特性的复合型加固剂。
由于土质不同的原因,研究者们往往会根据不同的土体的不同工程特性有针对性的研制适合该土质的固化剂,研究的对象以及方法不再单一,不仅包括水泥和石灰等在过去广泛使用的外添剂,同时对环境的考虑上,工业废渣的再利用研究也有了良好的发展。
1.2.2国内研究现状
王宝勋[12]等人经过现场试验证明,在水泥中加入氢氧化钠或者碳酸钠在对天津滨海地区的软土进行固化处理时,固化效果明显优于采用单一水泥,而且能够提高近五分之一的强度,同时还能大大降低工程费用,是在天津滨海地区中较非常理想的一种新型复合外添剂。
董邑宁[13]在研制一种复合型加固剂时发现,加固剂的龄期和掺入比对于加固土的抗压强度影响较大且存在密切关系。
同时,试验研究还发现此加固剂在整体的加固效果上要强于单一水泥,并且得到了变形模量与抗压强度的线性关系。
朱龙芬[14]通过对水泥不同状态下配比的分析研究发现,含水率的变化对水泥固化土强度的影响是显著的。
丁建文[15]等针对疏浚淤泥的处理提出了处理办法,认为在水泥中加入磷石膏制成的固化剂能有效的增加疏浚淤
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 固化 配方 研究
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)