钙质粉土物理力学特性及其对钙质砂强度的弱化机理研究

作     者：谌民 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余克服;王新志

授予年度：2019年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：钙质粉土 力学特性 抗剪强度 细粒含量 颗粒形貌 地基沉降 

摘      要：由于吹填施工时的水力分选作用,珊瑚礁地基存在多层厚度不均的钙质粉土。钙质粉工具有高压缩性和较低的抗剪强度,加之在空间分布上成层性差、隐蔽性高且易与砂土相互混合的特点,在建筑物荷载作用下地基产生不均匀沉降,将对建筑物的安全以及地基稳定产生不利影响。论文从钙质粉土的基本物理性质和微观结构入手,对重塑钙质粉土进行大量室内力学试验。在此基础上,开展了不同粉粒含量下钙质砂的三轴固结排水试验,并通过颗粒形貌分析,揭示了粉粒含量和颗粒形状对钙质砂抗剪强度的弱化机制。最后,结合力学试验结果和数值分析手段,研究了典型车辆荷载下含粉土夹层地基的沉降变形特征。通过试验研究和理论分析,本文的主要结论如下:1、通过现场踏勘,概括了钙质粉土的形成机制与赋存状态。与陆源粉土对比分析了钙质粉土的矿物组成与微观结构,利用常规土工试验获得了钙质粉土的物理参数,重点讨论了液塑限试验对钙质粉土命名的适用性。2、开展室内常规力学试验,研究了钙质粉土压缩及强度特性。重点分析了在不同剪切速率及密实度下,钙质粉土的应力应变关系和强度指标,并进一步指出,钙质粉土CU三轴剪切性状由密实度控制,当试样由中密变为密实时,应力-应变关系由微软化逐渐向硬化转变,而孔压应变曲线由稳定正值转变为负值。3、利用K0固结仪对钙质粉土进行了静止侧压力系数试验,研究了钙质粉土K0系数在加、卸载状态下随含水率、竖向应力的变化规律,并通过在现场路基下埋设土压力盒,获取了钙质砂在填土荷载作用下的K0系数。4、通过电子显微镜及图像处理软件获取了钙质砂颗粒形貌参数,对其形貌特征进行了量化分析。与陆源石英砂相比,钙质砂颗粒形状更不规则,致使细粒含量对钙质砂抗剪强度的弱化机制不同于陆源砂。试验结果表明,粉粒掺入削弱了颗粒咬合作用,导致钙质砂抗剪强度显著降低。表观粘聚力随细粒含量增加而线性减小,而有效内摩擦角在一定细粒含量下达到最大,而后逐渐减小。5、选取珊瑚礁地基典型道路模型,分析了在车辆荷载作用下含粉土夹层地基沉降变形特征。结果表明,在压路机荷载作用下,地基沉降随粉土夹层厚度线性增加,开启振动工作模式后,地基沉降显著增大。