冻融循环作用下素土静力学特性研究毕业论文(编辑修改稿)

冻融循环作用下素土静力学特性研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

加拿大和美国在上世纪纷纷展开了冻土研究工作。 前苏联早在上世纪 30 年代，北美在 50 年代就已经开始进行冻土力学性质的研究，我国在 60 年代初也开展了冻土力学的试验研究，并在 70 年代对冻土的强度和蠕变进行了系统研究。 我国已经具 备研究解决多年冻土地区不同等级公路建养的关键技术，于 20xx 年 7 月初立项至 20xx 年 2 月 13 日通过鉴定，交通部西部交通建设科技项目“多年冻土地区公路修筑成套技术研究”，为我国季冻区公路建设提供理论和实际地指导，该项目内容涵盖了多年冻土地区公路建设的工程地质、公路病害机理、路基设计与施工技术、路面设计技术、桥涵工程技术、生态环境保护与评价技术、公路养护技术、季节冰冻地区路基路面设计施工技术以及高原职工安全与健康保障技术等。 冻融的研究现状 土的冻融作用是冻土力学与冻土工程中的重要研究课题。 在进行冻融 作用对土工程性质的影响研究时，则需先对土进行一定方式的冻融，然后对冻融前后的试样进行相应的力学试验分析，以考察土工程性质在冻融前后的变化。 虽然目前冻融循环作用改变土物理力学性质这一现象及其重要性已得到了充分重视，但对于其作用机理及其规律性的研究却一直没有关键性的进展，试验成果差异性也较大，这主要是由于不同研究者采用试验方法各不相同，研究成果建立在不同试验条件之上，自然也就导致了研究成果巨大差别。 本文研究的主要内容 取哈尔滨市有代表性的土样 ,对其进行不同冻融条件下的冻融循环试验 ,通过室内实验仪器 ,测试 土样在冻融作用下其物理力学性质变化规律 主要研究内容如下： 冻融循环作用下水泥改良土静力学特性研究 5 （ 1）土样基本性质测试：以研究区细粒土为研究对象，测定其粒度成分、初始含水量、密度、最大干密度，最优含水量液限、塑限等基本指标。 （ 2）力学试验：已有研究表明，素土在最佳含水量下的抗压强度最大，因此以素土为对象，在不同冻结温度下进行冻融循环试验，冻融循环一个周期为 24h， 冻融循环试验次数 (0,3,6,9)，然后进行包括抗剪强度测试、无侧限抗压强度测试，具体内容： ① 素土 直剪试验、三轴试验和无侧限抗压强度测试； ②不同冻结温度冻融循环后 （ 3℃， 6℃， 9℃）素土 直剪试验、三轴试验和无侧限抗压强度测试； ③不同冻融循环次数 (0,3,6,9)后，素土、三轴试验和无侧限抗压强度测试； 第二章 基本室内试验 土样基本性质测试：以研究区细粒土为研究对象，测定其粒度成分、最大干密度，最优含水量液限、塑限等基本指标。 土的颗粒分析试验 颗粒分析就是用试验的方法求出土中小于某种粒径的颗粒所占总土质量的百分数或确定土中各粒组的相对含量。 在施工现场所进的砂、碎石等施工建筑材料，都必须按规定取样送到实验室进行颗粒分析实验，通过试验得以证明所用材料 级配是否良好。 及级配良好者可以使用；若级配不良，工程就不能使用此材料。 这实验项目在工程中是很重要的。 土是由各种大小和形状不同的颗粒所组成，根据颗粒大小划分为若干组，称为颗粒粒组。 所谓颗粒组成即颗粒级配，就是土中各种粒径范围的粒组在土中的相对比例，通常用占总质量的百分数来表示。 土的粒组组成在一定程度上反映了土的性质，工程上常依据粒组组成对土进行分类，粗粒土主要是依据粒组组成进行分类；细粒土由于矿物成分、颗粒形状及胶体含量等因素，则不能单以粒组组成进行分类，而要借助于塑性图或塑性指数进 行分类。 冻融循环作用下水泥改良土静力学特性研究 6 颗粒分析实验是测定土中各粒组所占该土总质量的百分数的方法，借以明了颗粒大小分布情况，供土的分类及概略判断土的工程性质。 本试验目的为检测被测区土样的颗粒级配 颗粒分析试验的方法主要有两大类：一是机械分析法，如筛析法；二是物理分析法，如密度计法、虹吸管法（移液管法）等。 筛分法适用于粒径大于 、小于等于 60mm 的土、密度计法、虹吸管法（移液管法）适用于粒径小于 0。 075mm的土。 若土中粗细颗粒兼有，则联合采用筛析法和密度计法或移液管法。 筛析法 原理 筛析法是将土样通过各种不同孔径的标准筛，并按筛孔的大小由上至下依次叠好，对颗粒加以筛析，然后再称量筛上土质量，并计算出各个粒组占土总质量的百分数。 标准筛： 、 、 、 ；天平（称量 500g，感量 1g）、筛析机、烘干箱、调土皿、瓷盘、毛刷、铁匙等。 （ 1）调平天平，左托盘放被称量物，右托盘放砝码。 然后称调土皿质量，做好记录。 （在天平的右托盘放 300g 砝码，就可以直接称得试样的质量） （ 2）从风干松散的土样中，用四分对角取 样法按规定数量取试样（如表所示） 四分对角取样法：把试样拌均匀，铺成矩形，用两条对角线把试样分成四份，合并相对角的两部分，根据需要的数量，多次重复进行取样。 （ 3）将取好的试样倒入依次叠好的标准筛最上层（最大孔径）筛内，进行筛析。 注意：盖好筛盖，两手上下托住，直立水平摇晃，或用筛析机进行筛析。 （ 4）筛析 10min（土工试验规程规定 10— 15min）后，再按由上而下的顺序将各筛取下，在空瓷盘上用手摇晃轻叩，如有试样漏下，应继续筛析，直至无试样漏下为止。 漏下的试样应全部倒入下级筛内，并将筛好的筛上试样 称质量，准确至。 注：每级筛上称好的试样，均应做好记录后，再倒回本级筛内，以备试验数据有误冻融循环作用下水泥改良土静力学特性研究 7 时，进行复查之用。 （ 5）各级筛上及盘底内试样质量总和与试样取土质量之差不得大于 1%。 注：根据土的性质和工程要求可适当增减不同筛径的分析筛。 4．成果整理 （ 1）小于某粒径的试样质量占总重量的百分比，应按下式计算 X= a XBm dm 式中 X—— 小于某粒径的试样占总质量的百分比， %； am —— 小于某粒径试样质量， g； Bm —— 当细筛分析时或用密度计法分析时所取试样质量（粗筛分析时则为试样总质量）， g； xd —— 颗粒小于 2mm 的试样质量占总质量的百分数，在计算粗筛分析时 xd =100%。 （ 2）绘制颗粒大小级配曲线。 以小于某粒径的颗粒质量百分数质量百分数为纵坐标，以粒径（ mm）对数为横坐标，绘制颗粒大小级配曲线，求出各粒组的颗粒质量百分比。 （二）密度计法 密度计分为甲种和乙种。 甲种密度计读数表示 1000mL 悬液中的干土重；乙种密度计读数表示悬液比重。 两种密度计其制造原理和使用方法并无不用之处。 试验原理 密度计法，是将一定量的土样（粒径小于 ）放在量筒中，然后加蒸馏水，经过搅拌使土的大小颗粒在水中均匀分布，当土粒在液体中靠自重下沉时，较大下沉较快，而较小的颗粒下沉则较慢。 在土粒沉降过程中，用密度计测出在悬液中对应于不同沉降时间的悬液密度，根据密度计读数 和土粒的下沉时间，就可计算出小于某一粒径 d（ mm）的颗粒占土样的百分数。 冻融循环作用下水泥改良土静力学特性研究 8 密度计（甲种，如图所示）、细筛、煮沸设备、三角烧瓶 500mL、 量筒 1000mL、搅拌器、六偏磷酸钠（ 4%）、秒表、温度计等。 （ 1）称质量为 30g 的风干试样倒入锥形瓶中，勿使土粒丢失，注入 200mL 的蒸馏水泡过夜。 （ 2）将锥形瓶放在煮沸设备上，连接冷凝管进行煮沸。 一般煮沸约 1h。 （ 3）将冷却后的悬液倒入瓷杯中，静置 1min，将上部悬液倒入筒内。 杯底沉淀物用带橡皮头的研杵细心研散，加蒸馏水，经 搅拌后静置 1min，再将上部悬液倒入量筒。 如此反复操作直至杯内悬液澄清为止。 当土中大于 的颗粒估计超过试样总质量的 15%时，应将其全部倒至 ，直至筛上仅留大于 的颗粒为止。 （ 4）将留在洗筛上的颗粒洗入蒸发皿内，倾去上部的清水，烘干称重量，然后按规程规定进行细筛筛析。 （ 5）将过筛悬液倒入量筒，加 4%浓度的六偏磷酸钠约 10mL 于量筒溶液中，再注入纯水，使筒内悬液达 1000mL（对加入六偏磷酸钠后产生凝聚的土，应选用其他分散剂）。 （ 6）用搅拌器在量筒内沿整个悬液深 度上下搅拌月 1min，往复各约 30 次，搅拌时勿使悬液溅出筒外，使悬液内土粒均匀分布。 （ 7）取出搅拌器，将密度计放入悬液同时开动秒表。 测经 120min 和1440min 时的密度计读数。 根据试样情况或实际需要，可增加密度计读数或缩短最后一次读数的时间。 （ 8）每次读数均应在预定时间前 10— 20s 将密度计小心放入悬液接近读数的深度，并需注意密度计浮泡保持在量筒中部位置，不得贴近量筒。 （ 9）密度计读数均以弯液面上缘为准。 甲种密度计应准确至 ，乙种密度计应准确至 ，每次读数完毕立即取出密 度计放入盛有纯水的量筒中，并测定各相应的悬液温度，准确至 ℃。 放入或取出密度计，应尽量减少对悬液的扰动。 （ 10）如试样在分析前未过 洗筛，而在密度计第一个读数时，发现下沉的土粒以超过试样总质量的 15%时，则应于试验结束后，将量筒中土粒过 筛，然后按规程规定求得粒径大于。 冻融循环作用下水泥改良土静力学特性研究 9 （ 1）按下列公式计算小于某粒径的试样质量占试样总质量百分数。 甲种密度计 X= td100 mm SDC（ R+ C ） 式中 X—— 小于某粒径的土质量百分数， %； dm —— 试样干土质量， g； sC —— 土粒比重校正值，查表； tm —— 温度校正值，查表； DC —— 分散剂校正值； n—— 弯液面校正值； R—— 甲种密度计读数； 按公式计算 2020sss2 .6 5 = 2 .6 5C   式中 s —— 土粒密度， g∕ cm3； 20 —— 20℃时水的密度， g∕ cm3； 计算颗粒直径，也可按图确定。 t04s18 00 10d= G g tL （ G ） 为了简化计算公式可写成 d=ktL 式中 K—— 粒径计算系数， K= t04s1800 10G g（ G ） ，与悬液温度和土粒比重有关。 如表所示。 （ 2）用小于某粒径的质量百分数为纵坐标，颗粒直径（ mm）在对横坐标上，绘制冻融循环作用下水泥改良土静力学特性研究 10 颗粒大小分布曲线。 如与筛析法联合分析，应将两段曲线绘成一平滑曲线。 本次实验结果如下表 21 表 22 图 22 所示 表 21 颗分试验原始记录表 颗 粒 分 析 实 验 （比重计法） 工程编号 东北林业大学 土样编号 01 验日期 20xx年 3 月 15日 试验者 刘庆伟 曾德娟 张则琪 计算者 曾德娟 校核者 张则琪 小于 毫米颗粒土质量百分数 100% 比 重 计 号 甲 1 湿土质量 量 筒 号 5 含 水 量 5% 烧 瓶 号 A3 干土质量 30g 土 粒 比 重 含 盐 量 比重校正系数 试 样 处 理说明 煮沸后未加六偏磷酸钠 土样原始状态 冻土 试验时间 下 沉 悬 液 比 重 计 读 数 土粒 落踞 粒径 小于某孔 小于某孔 时 间 温 度 比重计 刻度弯液 温 度 分散 剂 Rn=R+n+m+CD RH=RM Cs L d 径的土质 径的总土 t T 读 数 面校正值 校正值 校正值 (mm） （ mm） 量百分数 质量百分数 （ min） （ %） （ R） （ n） （ m） （ CD) （ %） （ %） 1 24 ﹢ 1 ﹣ 1 ﹣ 7 2 ﹢ 1 ﹣ 1 ﹣ 5 ﹢ 1 ﹣ 1 ﹣ 7 10 ﹢ 1 ﹣ 1。