生物酶改良有机质土固结蠕变模型研究

作     者：邓新宇 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：文畅平

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：生物酶改良有机质土 蠕变 Merchant蠕变模型 双曲线蠕变模型 一维固结蠕变试验 

摘      要：有机质广泛存在于土体中,有机质吸附在土颗粒表面,通过表面电荷与水作用形成包裹在土颗粒表面的流变物质,是有机质土产生蠕变的主要物质基础。有机质土蠕变性质显著、压缩性大、承载力低,工程中可采用化学处理的方式进行改良后再利用,这与就近堆放占用大量土地和远距离运输换填土体相比造价成本低且处理方式灵活,使用范围广。水泥、石灰等固化剂可用于有机质土改良,但土壤中有机质易与其发生反应抑制固化土强度的发展,需要大量固化剂才能达到固化效果。生产水泥、石灰需要消耗大量矿产资源和能源,同时伴随大量碳排放,增加了工程成本,不利于环境友好发展。生物酶是由植物发酵产生的一种无毒无污染的环保生物试剂,能有效减少土壤含水率,提高土壤密度和承载力。生物酶可与土壤中有机质形成稳定结构从而提高土体强度,达到固化效果,与传统固化剂相比具有高效、环保的特点。土的蠕变容易引起失稳、沉降过大等工程问题,影响工程的使用寿命及安全。本文为研究生物酶改良有机质土蠕变特性,采用生物酶对人工配置有机质土进行改良,开展了不同加荷比、不同生物酶掺量下改良有机质土一维固结蠕变试验,分析生物酶改良有机质土蠕变变化情况,分析生物酶掺量对改良有机质土蠕变模型参数的影响规律,建立基于生物酶掺量的改良有机质土 Merchant蠕变模型和双曲线蠕变模型,并对两种蠕变模型进行了验证与对比分析。本文的研究内容及主要结论如下。1.通过基本土工试验,测定了试验土样的基本物理力学性质指标。采用生物酶对人工配置有机质土进行改良,并对生物酶掺量分别为0%、2%、4%、6%、8%,有机质含量为6%的改良有机质土开展了不同加载条件下的一维固结蠕变试验。2.根据一维固结蠕变试验结果得到生物酶改良有机质土应变与时间关系曲线、孔隙比与时间对数关系曲线、应力与应变关系曲线。改良有机质土应变与时间关系呈双曲线变化规律,蠕变变形随应力水平的增大而增大;改良有机质土孔隙比与时间对数线性相关,孔隙比随时间的增加而逐渐减小;改良有机质土应力与应变关系呈非线性,且应力水平越大,非线性越明显。3.基于一维固结蠕变试验结果,采用Merchant蠕变模型对生物酶改良有机质土应变与时间关系曲线进行拟合,得到了蠕变模型参数,分析了应力水平对蠕变模型参数的影响,分析了生物酶掺量对蠕变模型参数的影响规律,建立了基于Merchant理论的生物酶改良有机质土蠕变模型。4.基于一维固结蠕变试验结果,采用双曲线函数描述生物酶改良有机质土应变与时间关系,建立了应力、应变、时间三者关系的双曲线蠕变方程,计算了蠕变模型参数,分析了生物酶掺量对蠕变模型参数的影响规律,建立了基于双曲线理论的生物酶改良有机质土蠕变模型。5.采用Pearson相关系数对生物酶改良有机质土 Merchant蠕变模型和双曲线蠕变模型进行验证及对比分析。两种蠕变模型均能够较好描述生物酶改良有机质土应变与时间关系,应力水平较低时,双曲线蠕变模型更能准确描述生物酶改良有机质土的应变与时间关系,应力水平较高时,Merchant蠕变模型更能准确描述生物酶改良有机质土的应变与时间关系。