固化剂加固软土试验研究毕业论文（9）

摘要：本文通过应用不同固化剂对加固软土的作用进行室内试验，研究NO.5固化剂、NO.1固化剂加固粘土的无侧限抗压强度变化的规律。分析和讨论NO.1固化剂和NO.5固化剂加固土在不同掺入比和龄期时强度的变化规律及应力～应变特性，从整体加固效果分析看出，NO.5固化剂加固土效果优于NO.1固化剂加固土，两种固化土的最佳掺入比在12%～15%，可在软土地基处理和实际工程中应用。

关键词：土力学 粘土 固化剂 掺入比 无侧限抗压强度 应力 应变

第5章 固化剂强度特性对比分析研究

5.1 固化剂强度特性对比分析

本次试验中进行了NO.1固化剂、NO.5固化剂两种固化材料对土体的加固试验。试验条件和养护条件相同，水灰比均为0.6。

5.1.1 NO.1加固土～NO.5加固土强度对比分析

NO.1加固土和NO.5加固土不同龄期的强度对比见图5-1所示。掺入比10%时由图可见，龄期在3天、7天、14天时，NO.5加固土的强度大于NO.1加固土强度，随龄期增加呈递增趋势，即说明掺入比10%时NO.5加固土养护龄期早期的强度高于NO.1加固土，同样说明该掺入比时NO.5固化剂对土的早期加固效果优于NO.1的加固效果，强度的提高已占一定的比例。还有一个现象是龄期早期掺入比10%的NO.5加固土强度高于掺入比12%的NO.1加固土强度。随龄期增加掺入比10%这两种加固土的强度非常接近，在龄期28天时，NO.5加固土的强度与NO.1加固土强度几乎相等。在掺入比12%时和掺入比10%一样表现出同样的变化规律。试验数据反映了NO.5固化剂对土加固的早期强度高的特点，NO.5加固土强度曲线位于NO.1加固土强度曲线的上方，在龄期7天、14天时变化突出。养护龄期后期二者强度相差不大，数值比较接近。在掺入比15％时二者的强度变化趋势较为一致。早期的加固强度相差不多。而后期NO.5加固土的强度远高于相应龄期的NO.1加固土的强度，而且随龄期递增较快，即说明该掺入比15%时NO.5固化剂对土的后期加固效果优于NO.1的加固效果。

图5-1 NO.1和NO.5加固土龄期—无侧限抗压强度比较关系曲线

由图5-1可知，NO.5固化剂加固土体的效果从整体上看要远好于NO.1固化剂加固土。突出的特点表现为在养护龄期早期NO.5加固土的强度大于NO.1加固土，即早期NO.5固化剂对土固化作用比较强烈。随着掺入比的加大，加固效果也比较好。根据二者不同掺入比时强度之间的关系，经分析和整理，在龄期14天、28天时之间掺入比的大致关系为：

　　　　 a_w1=(1.19～1.21)a_w5　　　　　　 (5-1)

式中a_w1—NO.1固化剂当量掺入比；a_w5—NO.5固化剂掺入比。

5.1.2 固化土应力应变关系比较分析

根据不同固化材料加固土的试验资料，可绘制和进行同—掺入比同—龄期σ～ε_a关系比较。因该类图形较多，故只选择一个有代表性的图形进行分析和讨论。如图5-2所示。在养护龄期14天掺入比为15%时，NO.1固化剂、NO.5固化剂加固土的应力～应变关系比较可从图5-2看出。NO.1固化剂加固土的强度比NO.5固化剂加固土的较小，NO.1固化剂加固土的应力～应变关系曲线位于NO.5固化剂加固土的应力～应变关系曲线的下方。随着应变的增加NO.1固化剂、NO.5固化剂加固土临近破坏时有一定的塑性变形，而NO.5固化剂加固土相对塑性变形较小，破坏后应力急剧下降。但在小应变ε_a&<0．5%时两者均随着应变增加应力表现为线性增加，之后进入塑性变形阶段。加固土的初始模量在NO.5固化剂加固时为最大，其次为NO.1固化剂；同样的龄期随着掺入比的增加，两者的关系大致相同。

　　在同一掺入比不同龄期如3天、7天及28天时，它们两者应力～应变之间

的相互关系基本上符合上述规律。在加固土强度较小时，普遍塑性变形比较大，强度曲线比较平缓，强度破坏为塑性破坏。而在加固土强度较大时，普遍塑性形比较小，线弹性变形相对大些，强度曲线比较陡，初始模量也大，强度破坏为脆性破坏。

图5-2 龄期14天（15%）加固土应力—应变关系比较曲线

5.2 固化土强度公式预测分析

5.2.1 NO.1加固土强度预测公式

在第3章中曾讨论了该加固土在不同龄期和不同掺入比时强度的变化。特别在不同掺入比时，3天、7天、14天无侧限抗压强度与28天无侧限抗压强度之间有着较好的线性关系，即由某一龄期的强度可推算另一龄期的强度值。

考虑到图3-1中NO.1加固土龄期～无侧限抗压强度关系曲线的变化，可从另一角度结合掺入比a_w与龄期T(天)这两个因素一起来分析和预测强度的变化，也即函数关系：q_u=f (a_w，T)。通过分析可知，q_u与T之间存在着一定的指数关系：

　　 q_u =c T ^β　　　　　　　　 （5-2）

其中c、β—分别为试验系数和指数。

表5-1　　 NO.1加固土不同掺入比强度回归公式

结合实测的q_u与龄期T的关系，经比较分析其结果见表所示。由表5-1可知，试验系数C则在掺入比10％时相对较小，即C=396.29。在掺入比12％、15%时C值有较大变化，即C值分别为531.13、632.52。各掺入比的强度回归公式可参阅该表，相关系数r≥0.9667，并随掺入比15%的相关系数值最大，有一定的随掺入比a_w加大而增大规律，说明相关性愈好。β值也随掺入比a_w的增大而变大，反映出一定的规律。

由β值与掺入比a_w的关系可进一步进行分析，认为二者：β=0.5097a_w。经过这样处理后，表5-1中的强度回归公式在不同掺入比时可统一简化为：

　　 q_u =c T^0.5097aw　　　　　　　　 （5-3）

考虑到表5-1中试验系数C的变化，以T^0.5097aw为横坐标，q_u为纵坐标，点绘其关系见图5-3所示。由图可见，它们之间有着良好的线性相关关系。经线性回归其表达式为：

　　 q_u =519.97 T^0.5097aw 　　　　　　 （5-4）

该表达式即为NO.1加固土同时考虑掺入比a_w和龄期T影响的强度预测公式。通过和实测值比较，在掺入比12％、15％时吻合情况良好，个别点有偏差。在掺入比10％时发现吻合情况不太好，数值偏差较大，结合表5-1知，试验系数C相对于其它掺入比时较小，故强度预测不太理想。建议该掺入比时采用表5-1中的强度回归公式（C=396.67）。

　　需要说明的是，实际工程中若精度要求不高时，各掺入比和不同龄期时的无侧限抗压强度可采用归纳后的表达式来进行预测。

图5-3 NO.1加固土q_u—T^0.5097aw关系散点图

5.2.2 NO.5加固土强度预测公式

由第4章中可知。特别在不同掺入比时，3天、7天、14天无侧限抗压强度与28天无侧限抗压强度之间有着较好的线性关系，即由某一龄期的强度可推算另一龄期的强度值。

考虑到图4-1中NO.5加固土龄期～无侧限抗压强度关系曲线的变化，可从另一角度结合掺入比a_w与龄期T(天)这两个因素一起来分析和预测强度的变化，也即函数关系：q_u=f (a_w，T)。通过分析可知，q_u与T之间存在着一定的指数关系：

q_u =c T ^β　　　　　　　　（5-5）

其中c、β—分别为试验系数和指数。

表5-2　　 NO.5加固土不同掺入比强度回归公式

结合实测的q_u与龄期T的关系，经比较分析其结果见表所示。由表5-2可知，试验系数C则在掺入比10％时相对较小，即C=638.27。在掺入比12％、15%时C值有较大变化，即C值分别为799.97、764.37。各掺入比的强度回归公式可参阅该表，相关系数r≥0.9408，并随掺入比12%的相关系数值最大，有一定的随掺入比a_w加大而增大规律，说明相关性愈好。β值也随掺入比a_w的增大而变大，反映出一定的规律。

由β值与掺入比a_w的关系可进一步进行分析，认为二者：β=0.376a_w。经过这样处理后，表5-2中的强度回归公式在不同掺入比时可统一简化为：

　　 q_u =c T^0.376aw　　　　　　　　（5-6）

考虑到表5-2中试验系数C的变化，以T^0.376aw为横坐标，q_u为纵坐标，点绘其关系见图5-4所示。由图可见，它们之间有着良好的线性相关关系。经线性回归其表达式为：

　　 q_u =705.75 T^0.376aw 　　　　　　 （5-7）

该表达式即为NO.5加固土同时考虑掺入比a_w和龄期T影响的强度预测公式。通过和实测值比较，在掺入比10%、12%、15%时吻合情况良好，个别点有偏差。

　　需要说明的是，实际工程中若精度要求不高时，各掺入比和不同龄期时的无侧限抗压强度可采用归纳后的表达式来进行预测。

图5-4 NO.5加固土q_u—T^0..376aw关系散点图