【博士】橋臺回填輕質(zhì)固化粉煤灰應(yīng)用技術(shù)研究【2007】

內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：東南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2007年　　在公路與城市道路工程中，因地基不均勻沉降和橋臺臺背回填材料壓實困難造成的跳車問題一直是一個未得到完全解決的難題。輕質(zhì)固化粉煤灰具有振搗成型無需壓實、自重輕、強度高等特性，可有效減少路堤與橋臺間的不均勻沉降，從而緩解橋頭跳車現(xiàn)象。目前，輕質(zhì)固化粉煤灰在橋臺臺背回填工程中應(yīng)用較少，只有少量試驗路段，而對其力學(xué)性能和工程特性的研究還處于起步階段。本文選用特定的固化劑，研究輕質(zhì)固化粉煤灰的各種物理力學(xué)性能，提出相應(yīng)的設(shè)計、施工控制指標(biāo)，并借助有限元分析軟件，對輕質(zhì)固化粉煤灰回填的土壓力、穩(wěn)定性、沉降等進行計算分析，并通過試驗段實測數(shù)據(jù)驗證，提出輕質(zhì)固化粉煤灰應(yīng)用的基本原則與方法，為工程實踐提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)，為該材料在橋背回填工程中的推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)。　　(1)輕質(zhì)固化粉煤灰的物理力學(xué)性能研究。輕質(zhì)固化粉煤灰材料是用專用固化發(fā)泡劑穩(wěn)定粉煤灰得到的一種具有流動性的水硬性材料，它具有質(zhì)量輕、強度可調(diào)等優(yōu)點。由于這種材料暫時沒有相應(yīng)的材料組成設(shè)計指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)分析相應(yīng)的參數(shù)，為此論文首先對輕質(zhì)固化粉煤灰進行了無側(cè)限抗壓強度試驗，分析其與固化劑含水量、摻入比、密度、齡期等因素的關(guān)系，并作為材料組成設(shè)計的主要控制指標(biāo)；然后對輕質(zhì)固化粉煤灰進行CBR試驗，驗證作為橋臺背回填材料的適用性；接著對輕質(zhì)固化粉煤灰進行了靜力三軸壓縮試驗，分析了其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，得出了數(shù)值計算參數(shù)；再對輕質(zhì)固化粉煤灰進行了干濕循環(huán)試驗與凍融循環(huán)試驗，檢驗了其耐久性能；最后對輕質(zhì)固化粉煤灰進行了動力三軸試驗，驗證其動力特性是否符合道路路基設(shè)計要求?！　?2)輕質(zhì)固化粉煤灰的強度形成機理研究。輕質(zhì)固化粉煤灰材料由于采用專用固化劑成型，其強度形成機理與水泥粉煤灰及石灰粉煤灰等強度形成機理不同，為了深入了解輕質(zhì)固化粉煤灰的強度形成特點，論文通過對輕質(zhì)固化粉煤灰材料x射線衍射圖譜和SEM電鏡掃描分析，結(jié)合粉煤灰一石灰體系水化原理，分析輕質(zhì)固化粉煤灰強度形成機理。提出了輕質(zhì)固化粉煤灰強度形成的三階段理論?！　?3)輕質(zhì)固化粉煤灰回填計算。輕質(zhì)固化粉煤灰材料具有強度高、質(zhì)量輕、c和(p高等特點，為了了解輕質(zhì)固化粉煤灰材料回填后橋臺的受力狀態(tài)，論文通過ABAQUS大型有限元分析，比較在其它參數(shù)相同的情況下分別用輕質(zhì)固化粉煤灰和其它材料作為臺背回填材料的土壓力值、路堤沉降值，分析輕質(zhì)固化粉煤灰在降低橋臺后路堤沉降和臺背土壓力方面的基本特點和優(yōu)勢?！　?4)輕質(zhì)固化粉煤灰回填橋臺穩(wěn)定性分析。橋臺回填的穩(wěn)定性不僅與材料特性有關(guān)，而且與回填設(shè)計參數(shù)有關(guān)，為了最大限度地發(fā)揮輕質(zhì)固化粉煤灰的物理力學(xué)特點，減少材料用量，論文采用強度折減彈塑性有限元法，利用ABAQUS軟件，對橋臺臺背回填路堤邊坡的穩(wěn)定性進行分析，并對典型軟基條件和邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)要求下，輕質(zhì)固化粉煤灰填筑的高度、邊坡坡度等指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)作出了規(guī)定?！　?5)輕質(zhì)固化粉煤灰回填橋臺在交通荷載下的動力特性分析。橋臺回填材料的受力特性與其他回填不同，它不僅與材料的長期穩(wěn)定性有關(guān)，而且受到交通荷載的重復(fù)作用，為了解輕質(zhì)固化粉煤灰材料的交通荷載受力特點，論文將交通荷載簡化為周期性移動均布荷載，采用ABAQUS有限元中用戶子程序編寫了Fortran程序SDLOAD和CDLOAD，分別計算了單次車輛荷載和循環(huán)車輛荷載下橋臺回填輕質(zhì)固化粉煤灰路面的動力響應(yīng)，并對動力響應(yīng)影響因素進行分析。通過與動三軸試驗結(jié)果相對照，確定了動載下橋臺回填輕質(zhì)固化粉煤灰路面的受力狀態(tài)符合彈性特征?！　?6)輕質(zhì)固化粉煤灰在臺背回填中的應(yīng)用效果驗證。由于本文的設(shè)計參數(shù)及分析方法沒有得到驗證，為了進一步分析理論計算與實際結(jié)果的差異性，指導(dǎo)今后相關(guān)工程的設(shè)計與施工，論文通過輕質(zhì)固化粉煤灰現(xiàn)場橋臺臺背填筑試驗，提出輕質(zhì)固化粉煤灰回填質(zhì)量檢側(cè)方法；對橋背分別回填輕質(zhì)固化粉煤灰與粉質(zhì)粘土的沉降、分層沉降、孔隙水壓力、土壓力進行現(xiàn)場觀測，并將實測值與數(shù)值計算進行了對比，驗證了有限元計算結(jié)果的可靠性，從實踐上證明了輕質(zhì)固化粉煤灰作為橋臺臺背回填材料回填優(yōu)勢。　　(7)輕質(zhì)固化粉煤灰回填應(yīng)用。由于輕質(zhì)固化粉煤灰回填技術(shù)沒有相應(yīng)的設(shè)計與計算方法，論文結(jié)合室內(nèi)試驗成果、理論計算成果、野外施工控制試驗成果及沉降與穩(wěn)定性實測參數(shù)，在總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出輕質(zhì)固化粉煤灰的材料組成設(shè)計方法、施工工藝和施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)；并分別對橋背回填輕質(zhì)固化粉煤灰與粉質(zhì)粘土工程成本進行了計算，分析了輕質(zhì)固化粉煤灰的在橋臺回填工程中的成本優(yōu)勢?！　?

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