【博士】桥台回填轻质固化粉煤灰应用技术研究【2007】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：东南大学　　学位年度： 2007年　　在公路与城市道路工程中，因地基不均匀沉降和桥台台背回填材料压实困难造成的跳车问题一直是一个未得到完全解决的难题。轻质固化粉煤灰具有振捣成型无需压实、自重轻、强度高等特性，可有效减少路堤与桥台间的不均匀沉降，从而缓解桥头跳车现象。目前，轻质固化粉煤灰在桥台台背回填工程中应用较少，只有少量试验路段，而对其力学性能和工程特性的研究还处于起步阶段。本文选用特定的固化剂，研究轻质固化粉煤灰的各种物理力学性能，提出相应的设计、施工控制指标，并借助有限元分析软件，对轻质固化粉煤灰回填的土压力、稳定性、沉降等进行计算分析，并通过试验段实测数据验证，提出轻质固化粉煤灰应用的基本原则与方法，为工程实践提供理论依据和技术指导，为该材料在桥背回填工程中的推广应用打下基础。 　　(1)轻质固化粉煤灰的物理力学性能研究。轻质固化粉煤灰材料是用专用固化发泡剂稳定粉煤灰得到的一种具有流动性的水硬性材料，它具有质量轻、强度可调等优点。由于这种材料暂时没有相应的材料组成设计指标与标准、结构分析相应的参数，为此论文首先对轻质固化粉煤灰进行了无侧限抗压强度试验，分析其与固化剂含水量、掺入比、密度、龄期等因素的关系，并作为材料组成设计的主要控制指标；然后对轻质固化粉煤灰进行CBR试验，验证作为桥台背回填材料的适用性；接着对轻质固化粉煤灰进行了静力三轴压缩试验，分析了其应力应变关系，得出了数值计算参数；再对轻质固化粉煤灰进行了干湿循环试验与冻融循环试验，检验了其耐久性能；最后对轻质固化粉煤灰进行了动力三轴试验，验证其动力特性是否符合道路路基设计要求。　　(2)轻质固化粉煤灰的强度形成机理研究。轻质固化粉煤灰材料由于采用专用固化剂成型，其强度形成机理与水泥粉煤灰及石灰粉煤灰等强度形成机理不同，为了深入了解轻质固化粉煤灰的强度形成特点，论文通过对轻质固化粉煤灰材料x射线衍射图谱和SEM电镜扫描分析，结合粉煤灰一石灰体系水化原理，分析轻质固化粉煤灰强度形成机理。提出了轻质固化粉煤灰强度形成的三阶段理论。　　(3)轻质固化粉煤灰回填计算。轻质固化粉煤灰材料具有强度高、质量轻、c和(p高等特点，为了了解轻质固化粉煤灰材料回填后桥台的受力状态，论文通过ABAQUS大型有限元分析，比较在其它参数相同的情况下分别用轻质固化粉煤灰和其它材料作为台背回填材料的土压力值、路堤沉降值，分析轻质固化粉煤灰在降低桥台后路堤沉降和台背土压力方面的基本特点和优势。　　(4)轻质固化粉煤灰回填桥台稳定性分析。桥台回填的稳定性不仅与材料特性有关，而且与回填设计参数有关，为了最大限度地发挥轻质固化粉煤灰的物理力学特点，减少材料用量，论文采用强度折减弹塑性有限元法，利用ABAQUS软件，对桥台台背回填路堤边坡的稳定性进行分析，并对典型软基条件和边坡稳定性安全系数要求下，轻质固化粉煤灰填筑的高度、边坡坡度等指标标准作出了规定。　　(5)轻质固化粉煤灰回填桥台在交通荷载下的动力特性分析。桥台回填材料的受力特性与其他回填不同，它不仅与材料的长期稳定性有关，而且受到交通荷载的重复作用，为了解轻质固化粉煤灰材料的交通荷载受力特点，论文将交通荷载简化为周期性移动均布荷载，采用ABAQUS有限元中用户子程序编写了Fortran程序SDLOAD和CDLOAD，分别计算了单次车辆荷载和循环车辆荷载下桥台回填轻质固化粉煤灰路面的动力响应，并对动力响应影响因素进行分析。通过与动三轴试验结果相对照，确定了动载下桥台回填轻质固化粉煤灰路面的受力状态符合弹性特征。　　(6)轻质固化粉煤灰在台背回填中的应用效果验证。由于本文的设计参数及分析方法没有得到验证，为了进一步分析理论计算与实际结果的差异性，指导今后相关工程的设计与施工，论文通过轻质固化粉煤灰现场桥台台背填筑试验，提出轻质固化粉煤灰回填质量检侧方法；对桥背分别回填轻质固化粉煤灰与粉质粘土的沉降、分层沉降、孔隙水压力、土压力进行现场观测，并将实测值与数值计算进行了对比，验证了有限元计算结果的可靠性，从实践上证明了轻质固化粉煤灰作为桥台台背回填材料回填优势。　　(7)轻质固化粉煤灰回填应用。由于轻质固化粉煤灰回填技术没有相应的设计与计算方法，论文结合室内试验成果、理论计算成果、野外施工控制试验成果及沉降与稳定性实测参数，在总结的基础上，提出轻质固化粉煤灰的材料组成设计方法、施工工艺和施工质量控制标准；并分别对桥背回填轻质固化粉煤灰与粉质粘土工程成本进行了计算，分析了轻质固化粉煤灰的在桥台回填工程中的成本优势。　　

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