水环境作用下高分子材料固化轻质粉土强度与变形特性研究

由SH固化剂、粉土和EPS颗粒混合形成的高分子材料固化轻质粉土，不仅在改善粉土不良特性，解决路堤不均匀沉降、工后沉降、应急补救工程等方面具有很好的应用前景，而且具有一定水稳性。通过不同水环境作用下新型轻质土抗压强度特性的测试，揭示抗压强度特性随水环境变化的规律，建立相应数学模型，提出影响抗压强度特性的关键水环境，分析其水稳性能；对关键水环境作用后的新型轻质土，进行不同应力路径的三轴试验，研究轻质土在不同应力路径下的偏应力-应变曲线变化规律，建立水环境作用后轻质土的破坏准则；同时，对该轻质土进行单向压缩变形试验，研究轻质土的压缩变形规律和机制，以及参数确定方法；融合弹塑性力学、岩土力学理论等，建立水环境作用后新型轻质土的本构模型，并通过试验和数值模拟验证模型的合理性与有效性。.项目开展为新型轻质土在我国基础设施工程领域的推广应用及控制水环境作用下填土材料的变形提供重要的基础数据和理论支撑。

工程周围地表水、地下水及水化学环境等影响填土材料的工程性能，导致填土材料破坏，影响路基稳定性。因此，采用高分子材料改善粉土的工程特性，提高水稳性能，研究改性粉土水环境作用后的强度与变形特性，使其在路基工程中得到较好应用。主要进行以下工作。（1）研究粉土、聚苯乙烯颗粒和高分子材料混合而成的固化轻质土的压缩变形特性，在单向压缩试验的基础上，分析其压缩变形规律和机制以及水环境对压缩变形特性的影响。压缩变形特性在干湿循环和浸水初期，高分子材料固化轻质土的压缩变形量受水环境影响较大，随着循环次数的增加和浸水时间的延长，水环境变化对轻质土压缩变形量的影响逐渐减弱。（2）通过无侧限抗压强度、干密度与含水量的变化曲线，确定高分子材料改性粉土的最优含水量；对最优含水量改性粉土进行渗透试验、毛细水上升试验、不同降水时间的抗冲刷试验以及干湿循环次数下的强度特性试验。结果表明粉土经高分子材料改性后，有较好的水稳定性能，适于粉土地区高速公路路基填土使用。（3）通过室内直剪试验和单向压缩试验，研究浸水前后改性粉土的抗剪强度和压缩变形特性。分析了改性粉土抗剪强度随聚丙烯酰胺、硅酸钠以及二者共同改性含量的变化规律，考察改性剂种类、掺量和浸水条件对改性粉土抗剪强度特性和压缩变形特性的影响，确定改性粉土的最佳配比，掌握浸水条件下改性粉土的劣化行为。（4）通过对高分子材料改性粉土进行UU、CU和CD三轴试验，研究其破坏模式及应力应变特性。结果表明改性粉土在三轴压缩条件下，破坏模式主要为鼓胀型，围压对鼓胀变形有一定的侧限约束作用；应力应变曲线的类型在低围压时，表现为应变软化型，高围压时，表现为应变硬化型，试验曲线的转型表明它具有结构性土体的特性。（5）研究不同应力路径对饱和粉土与改性粉土强度与变形特性的影响，利用GDSTAS全自动三轴仪，进行常规三轴压缩、减P三轴压缩、等P压缩三种应力路径的试验研究。结果表明，粉土与高分子材料改性粉土在不同应力路径下，有不同的强度与变形特性，在实际工程中应用时，要注意与其对应的应力路径。（6）比较粉土与改性粉土的压缩变形特性，揭示改性粉土作用与机理，探讨高分子材料在粉土路基优越性。