膨脹土改良方法及生物酶改良膨脹土的本構(gòu)關(guān)系

　　本書以湖南省益陽至婁底高速公路膨脹土改良及路基施工工藝研究成果為基礎(chǔ)，以膨脹土的化學(xué)改良、物理改良以及復(fù)合改良為研究對象。全書分為兩大部分：第一部分（第1～3章）為該工程項(xiàng)目路基膨脹土改良方法及膨脹土施工工藝的研究。在這部分內(nèi)容的研究中，采用多種無機(jī)材料對膨脹土進(jìn)行改良對比試驗(yàn)，從室內(nèi)試驗(yàn)到理論分析，再到現(xiàn)場試驗(yàn)，綜合分析了生石灰改良膨脹土的可行性和可靠性，最終提出了膨脹土路基的施工指南。第二部分（第4～6章）研究了生物酶作為膨脹土改良材料的可行性，以及生物酶改良膨脹土的非線性彈性本構(gòu)模型、彈塑性本構(gòu)模型。 第1章為益陽至婁底高速公路沿線膨脹土分布調(diào)研。通過對該工程項(xiàng)目沿線膨脹土分布情況的詳細(xì)調(diào)研，對取回的試驗(yàn)土樣開展了一系列的室內(nèi)試驗(yàn)，測定其相關(guān)的物理力學(xué)指標(biāo)，并且對土樣的膨脹潛勢進(jìn)行了分類。通過一維長期固結(jié)試驗(yàn)，研究了膨脹土的次固結(jié)特性，建立了益婁高速膨脹土的次固結(jié)流變本構(gòu)模型。分析了含水率、干密度、固結(jié)壓力對膨脹土的次固結(jié)系數(shù)的影響規(guī)律。通過正交分析法，對上述三個參數(shù)的敏感性進(jìn)行了分析。 第2章為膨脹土處治方法。本章研究了石屑、中粗砂作為膨脹土物理改良材料的可行性以及改良材料的最佳摻量；研究了水泥+石屑、石灰+石屑對膨脹土進(jìn)行復(fù)合改良的可行性以及改良材料的最佳摻量；研究了采用生石灰、粉煤灰、煤渣、中粗砂對膨脹土進(jìn)行綜合改良的可行性，提出了塑性指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率、自由膨脹率減少率，與四種改良材料摻量、養(yǎng)護(hù)時間、養(yǎng)護(hù)溫度等的函數(shù)關(guān)系，從而可以定量計算出膨脹土改良中四種改良材料的摻量；針對生石灰改良膨脹土的物理性質(zhì)、脹縮性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)等開展研究，提出生石灰改良膨脹土路基施工工藝參數(shù)；通過研究生石灰改良膨脹土的長期壓縮特性，提出生石灰改良膨脹土的非線性蠕變本構(gòu)模型。 第3章為膨脹土路基施工工藝。提出了采用包邊法處治膨脹土路基的施工工藝以及施工指南。路堤包邊厚度應(yīng)根據(jù)外界氣候的變化進(jìn)行確定，需要綜合考慮項(xiàng)目所在地的大氣影響深度、干濕循環(huán)的裂隙深度、膨脹土改良材料、膨脹土地基防排水條件等的影響。生石灰改良膨脹土包邊法效果，需長時間觀測才能確定。為確定合理的處治方案，引入離心模擬試驗(yàn)驗(yàn)證包邊厚度處治效果。 第4章為生物酶改良膨脹土物理力學(xué)特性。本章研究了生物酶改良膨脹土的液限、塑限、標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率、擊實(shí)性質(zhì)、壓縮特性、剪切特性等，并且與水泥、石灰改良膨脹土進(jìn)行了對比分析。研究表明，生物酶摻加量為3%～5%時能有效改善膨脹土的脹縮特性。對于標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率、壓縮特性、抗剪切能力等指標(biāo)，生物酶改良效果優(yōu)于生石灰和水泥。 第5章為生物酶改良膨脹土非線性彈性本構(gòu)模型。本章建立了生物酶改良膨脹土Duncan-Chang模型，通過三軸固結(jié)排水剪切試驗(yàn)擬合了Duncan-Chang模型各相關(guān)參數(shù)，并且研究了生物酶改良膨脹土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的歸一化線性特性；建立了生物酶改良膨脹土的模型，通過等向固結(jié)排水試驗(yàn)、等p三軸固結(jié)排水剪切試驗(yàn)，分析了模型參數(shù)與生物酶摻量的相關(guān)關(guān)系，并且建立了基于擾動狀態(tài)理論的修正模型。 第6章為生物酶改良膨脹土彈塑性本構(gòu)模型。本章以修正劍橋模型、魏汝龍模型理論框架為基礎(chǔ)，研究了生物酶改良膨脹土的單屈服面彈塑性本構(gòu)關(guān)系，并且基于擾動理論對修正劍橋模型、魏汝龍模型的參數(shù)進(jìn)行修正，建立了各有關(guān)參數(shù)與生物酶摻量之間的函數(shù)關(guān)系式。以殷宗澤模型為基礎(chǔ)，研究了生物酶改良膨脹土雙屈服面彈塑性本構(gòu)關(guān)系，研究了生物酶改良膨脹土彈性變形、剪縮屈服面、剪脹屈服面、破壞線的演化規(guī)律。此外，以“南水”模型為基礎(chǔ)，分析了生物酶改良膨脹土雙屈服面彈塑性本構(gòu)關(guān)系，并且基于軸應(yīng)變、體積應(yīng)變近似雙曲線的特征，修正了“南水”模型中切線體積比ut的確定方法。

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