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

內(nèi)容簡(jiǎn)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(tái)臺(tái)背回填材料壓實(shí)困難造成的跳車問(wèn)題一直是一個(gè)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(wú)需壓實(shí)、自重輕、強(qiáng)度高等特性，可有效減少路堤與橋臺(tái)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(tái)臺(tái)背回填工程中應(yīng)用較少，只有少量試驗(yàn)路段，而對(duì)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(jì)、施工控制指標(biāo)，并借助有限元分析軟件，對(duì)輕質(zhì)固化粉煤灰回填的土壓力、穩(wěn)定性、沉降等進(jìn)行計(jì)算分析，并通過(guò)試驗(yàn)段實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)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(shí)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(dòng)性的水硬性材料，它具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。由于這種材料暫時(shí)沒(méi)有相應(yīng)的材料組成設(shè)計(jì)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(duì)輕質(zhì)固化粉煤灰進(jìn)行了無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，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(jì)的主要控制指標(biāo)；然后對(duì)輕質(zhì)固化粉煤灰進(jìn)行CBR試驗(yàn)，驗(yàn)證作為橋臺(tái)背回填材料的適用性；接著對(duì)輕質(zhì)固化粉煤灰進(jìn)行了靜力三軸壓縮試驗(yàn)，分析了其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，得出了數(shù)值計(jì)算參數(shù)；再對(duì)輕質(zhì)固化粉煤灰進(jìn)行了干濕循環(huán)試驗(yàn)與凍融循環(huán)試驗(yàn)，檢驗(yàn)了其耐久性能；最后對(duì)輕質(zhì)固化粉煤灰進(jìn)行了動(dòng)力三軸試驗(yàn)，驗(yàn)證其動(dòng)力特性是否符合道路路基設(shè)計(jì)要求?！　?2)輕質(zhì)固化粉煤灰的強(qiáng)度形成機(jī)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(qiáng)度形成機(jī)理與水泥粉煤灰及石灰粉煤灰等強(qiáng)度形成機(jī)理不同，為了深入了解輕質(zhì)固化粉煤灰的強(qiáng)度形成特點(diǎn)，論文通過(guò)對(duì)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(qiáng)度形成機(jī)理。提出了輕質(zhì)固化粉煤灰強(qiáng)度形成的三階段理論?！　?3)輕質(zhì)固化粉煤灰回填計(jì)算。輕質(zhì)固化粉煤灰材料具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、c和(p高等特點(diǎn)，為了了解輕質(zhì)固化粉煤灰材料回填后橋臺(tái)的受力狀態(tài)，論文通過(guò)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(tái)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(tái)后路堤沉降和臺(tái)背土壓力方面的基本特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)?！　?4)輕質(zhì)固化粉煤灰回填橋臺(tái)穩(wěn)定性分析。橋臺(tái)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(jì)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(diǎn)，減少材料用量，論文采用強(qiáng)度折減彈塑性有限元法，利用ABAQUS軟件，對(duì)橋臺(tái)臺(tái)背回填路堤邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并對(duì)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(tái)在交通荷載下的動(dòng)力特性分析。橋臺(tái)回填材料的受力特性與其他回填不同，它不僅與材料的長(zhǎng)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(diǎn)，論文將交通荷載簡(jiǎn)化為周期性移動(dòng)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(jì)算了單次車輛荷載和循環(huán)車輛荷載下橋臺(tái)回填輕質(zhì)固化粉煤灰路面的動(dòng)力響應(yīng)，并對(duì)動(dòng)力響應(yīng)影響因素進(jìn)行分析。通過(guò)與動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)照，確定了動(dòng)載下橋臺(tái)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(tái)背回填中的應(yīng)用效果驗(yàn)證。由于本文的設(shè)計(jì)參數(shù)及分析方法沒(méi)有得到驗(yàn)證，為了進(jìn)一步分析理論計(jì)算與實(shí)際結(jié)果的差異性，指導(dǎo)今后相關(guān)工程的設(shè)計(jì)與施工，論文通過(guò)輕質(zhì)固化粉煤灰現(xiàn)場(chǎng)橋臺(tái)臺(tái)背填筑試驗(yàn)，提出輕質(zhì)固化粉煤灰回填質(zhì)量檢側(cè)方法；對(duì)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，并將實(shí)測(cè)值與數(shù)值計(jì)算進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了有限元計(jì)算結(jié)果的可靠性，從實(shí)踐上證明了輕質(zhì)固化粉煤灰作為橋臺(tái)臺(tái)背回填材料回填優(yōu)勢(shì)?！　?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(méi)有相應(yīng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法，論文結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)成果、理論計(jì)算成果、野外施工控制試驗(yàn)成果及沉降與穩(wěn)定性實(shí)測(cè)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(jì)方法、施工工藝和施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)；并分別對(duì)橋背回填輕質(zhì)固化粉煤灰與粉質(zhì)粘土工程成本進(jìn)行了計(jì)算，分析了輕質(zhì)固化粉煤灰的在橋臺(tái)回填工程中的成本優(yōu)勢(shì)。　　

專題推薦