寒区渠道水泥复合土衬砌耐久性机理的试验研究

针对寒区特殊的环境，密切结合寒区冻土的特性及输水渠道的实际，通过对水泥复合土的室内外试验，配制具有与渠床土体力学特性接近的水泥复合土作为渠道的衬砌材料；研究寒区渠道水泥复合土衬砌在冻融等多种因素影响下的力学机理和工程特性；揭示寒区渠道水泥复合土衬砌与渠床土体冻融耦合的规律；从本质上提高了寒区渠道衬砌的耐久性。依据试验数据并运用有关损伤力学等理论，建立了水泥复合土的本构关系模型和水泥复合土的弹塑性损伤模型。综合利用了实地的试验观测资料和室内的冻融模拟试验数据，建立定量的实内外试验结果相似模拟的数学关系。通过水泥复合土的宏观力学试验和电镜细观试验相结合，同时分析其在酸、碱、盐腐蚀和冻融的不良环境中内部结构破坏的特点，探讨水泥复合土的耐久性劣化机理。为季节性冻土地区的渠道水泥复合土衬砌耐久性设计提供理论和科学依据。

复合水泥土是以土、水泥、水为主要原料，在某些特定工程中还需要在此基础上加入适当的外掺剂，通过一定的配比混合后，经压实、养护形成的一种拌合物，复合水泥土是一种具有特殊工程性能的硬化材料，20世纪80年代以来，水泥土的应用在我国得到广泛的推广，取得了比较满意的效果。特别是在道路软基处理、渠道衬砌、大堤防渗中起到了良好的作用。. 复合水泥土在常温下具有较高的强度特性，但在反复冻融循环条件下，水泥土强度衰减严重。在多年冻土和季节性冻土地区水泥土的推广和应用因其抗冻性差而成为其发展的瓶颈，如何提高反复冻融条件下水泥土的强度，进而保证工程的使用寿命，是水泥土材料在寒区进一步推广应用的关键，寻求改性效果显著的外掺剂是提高水泥土强度和耐久性的重要研究内容，提高水泥土强度的有效措施就是掺入添加剂以提高其结构的密实度。水泥土中加入外掺剂，可激发、调节水泥水化作用，改善水泥与土颗粒间的作用，从而取得较好的改性效果。国内水泥土外掺剂研究方面已有一些成果，但针对多年冻土和季节性冻土地区，外掺剂对水泥土反复冻融条件下的力学性质影响的试验研究开展得尚不充分。研究重点是研制适合内蒙古地区的新型复合型水泥土，以期获得价格低廉、性能优良的固化土材料。 . 针对内蒙古几种典型的粉质粘土，通过室内试验，研究了水泥土在不添加外掺剂条件下的强度和变形特性, 通过对不同粉质粘土的分析，提出了不同形貌、不同性状的外掺剂，并逐一进行单掺试验, 确定每种外掺剂对水泥土各相性质的影响及改性效果。对部分外掺剂进行复掺的正交试验和补充试验，研究外掺剂相互作用对该地区水泥土的改性影响。结合内蒙古丰富的工业材料和自然资源，枚举法得出针对寒冷地区粉质粘土的复合水泥材料，提出了相应的最佳配合比。为了验证研制的复合水泥土的强度特性和耐久性，通过室内试验，对复合水泥土进行了不同掺量、不同养护龄期的无侧限抗压强度、间接抗拉强度、抗冻性、抗渗性和冻胀量等试验，并与普通水泥土进行了对比分析。试验结果表明：复合水泥土的力学性能及耐久性能均明显优于普通水泥土.. 为了进一步分析复合水泥土的作用机理，借助SEM电镜扫描和能谱分析等技术手段探讨了复合水泥土的微结构以及相应产物的特点，分析了复合水泥土的细观损伤机制及其损伤演化规律，并且建立了破坏的应力应变模型和弹塑性损伤模型。