水泥-矿渣固化黄土的抗剪强度探讨

李俊

摘要：黄土中添加一定数量的水泥和矿渣不仅能改良黄土的力学性能，而且实现了废料的再利用，因而水泥-矿渣固化黄土广泛用作各类基础设施的建设材料。釆用三轴剪切试验手段，研究水泥-矿渣固化黄土的强度特性。试验结果表明：三轴剪切过程中偏应力峰值和固化黄土中无机结合材料的掺量有关，水泥-矿渣掺量越多偏应力峰值越大;水泥-矿渣掺量增加时，压缩过程中平均法向有效應力的峰值越大;固化黄土的屈服应力面随水泥-矿渣掺量的增加而增大。所得结果为水泥-矿渣固化黄土的设计施工提供借鉴。

关键词：黄土;水泥-矿渣固化黄土;抗剪强度

中图分类号：TU476文献标志码：A

黄土主要分布在东亚、中亚、中欧及美国中西部'成，自然状态的黄土强度较高、稳定性好，但遇水后会出现较大的变形、强度降低;且当黄土充分浸水后土的结构发生破坏，在自重应力或附加应力作用下出现显著的附加变形，这种现象称为黄土的湿陷官。黄土的湿陷会引发边坡滑塌、地基沉降等工程事故，这些事故对人们的生命财产安全构成了严重威胁网，因此，采用无机结合材料固化黄土以提高其强度和稳定性很有必要51。水泥固化黄土虽然早期强度高，但由于黄土的塑性指数较高，固化黄土的温度收缩和干燥收缩大;而工业废渣（粉煤灰、矿渣、煤砰石）固化黄土的强度高、稳定性好及收缩小团。本论述中采用的矿渣，是冶炼生铁的废渣磨成的一种细粉，作为固化材料在稳定土体中已得到广泛应用。因此，水泥-矿渣固化黄土可作为路面基层和建筑物地基。本论述对水泥-矿渣固化黄土的力学性质进行研究，探索固化黄土剪切特性及屈服特点，对黄土地区基础设施建设提齢考。

1试验原材料及配合比

1.1试验材料

试验用黄土取自甘肃兰州九州某一基坑，将天然黄土风干、用木槌碾碎，最后过0.5 mm孔径的标准筛。采用标准方法测试黄土的比重、界限含水量3，所得黄±的基本物理参数见表1所列。水泥和矿渣购自某有限公司，比重分别为2.59和2.89，利用X衍射测得水泥、黄土及矿渣的化学成分见表2和表3所列，矿渣的基本物理参数由厂家提供见表4所列。

1.2配合比及试样制作

根据固化黄土在工程中的使用情况，水泥和矿渣的比例（质量比）拟定为2.33，黄土的含量分别为90%（1类）和70%（II类），具体的配合比如表5所列。不同配合比下水泥矿渣稳定黄土的最佳含水量和最大干密度通过标准击实实验得出[12]。试样制作时采用内径61.8 mm、高125 mm的中空圆柱形模具，利用手动液压千斤顶提供动力采用静压法压实试样'[12]。试样制备时首先计算制作1个试样时所需混合物的质量，再按照配合比计算制备一个试样所需水泥、矿渣、黄土和水的质量并称量，将所称量的矿渣、水泥和黄土倒入搅拌锅中并快速搅拌90 s，保证固化黄土混合物搅拌均匀，接着加入去离子水继续搅拌均匀为止，接着把混合物均匀的分为5份，依次往金属模具中倒入每份混合物、压实每层混合物。最后，将压实的试样脱模后贴上标签并放入温度20±2℃、湿度95%以上的养护箱中养护28 d。

2三轴剪切试验方法

三轴剪切试验能够模拟水泥-矿渣固化黄土在工程中的实际受力情况，是固化黄土力学性质的常用测试方法，笔者采用固结排水剪切试验测试水泥-矿渣固化黄土的抗剪强度特性。试验设备采用TT-ATS2全自动三轴仪，该设备可实现各向同性固结和抗剪强度的测试。

3试验结果与分析

3.1应力应变

3.1.1 I类固化黄土

不同围压条件下I类水泥-矿渣固化黄土的应力应变曲线如图1所示。由图1可知：随着剪切过程的进行，不同围压作用下偏应力逐渐增加，到达峰值后迅速减小，围压越大对应的偏应力峰值越高。

3.1.2 II类固化黄土

II类水泥-矿渣固化黄土的应力应变曲线如图2所示。由图2可以看出随着剪应变的增加，偏应力q逐渐增加，到达某一峰值后迅速减小。比较两类固化黄土，发现II类固化黄土的偏应力峰值远大于I类，这主要和黄土中的无机结合材料掺量有关，当水泥-矿渣掺量越大时，偏应力峰值越大。

3.2有效应力

3.2.1I类固化黄土

不同围压作用下三轴试验过程中I类固化黄土平均法向有效应力的变化如图3所示。由图3可知在剪切过程中比容首先增大然后逐渐变小，随着施加围压的增大，对应平均法向有效应力的峰值变大。

3.2.2II类固化黄土

剪切过程中II类固化黄土平均法向有效应力的变化如图4所示。由图4得出比容先增大，达到峰值后逐渐减小。比较图3和图4，可知II类固化黄土的平均法向有效应力大于I类，说明水泥-矿渣掺量越大，平均法向有效应力的峰值越大。

3.3固化黄土的应力路径

不同围压下的水泥-矿渣固化黄土的应力路径如图5所示，从图5可知屈服应力面随水泥矿渣掺量的增加而增大。

4结论

本论述采用三轴剪切试验对水泥-矿渣综合固化黄土的力学性能开展了研究，所得主要结论有：

（1）三轴剪切过程中偏应力峰值和固化黄土中无机结合材料的掺量有关，当水泥-矿渣掺量越多偏应力峰值越大。

（2）水泥-矿渣掺量增加，压缩过程中平均法向有效应力峰值越大。

（3）固化黄土的屈服应力面随水泥-矿渣掺量的增加而增大。

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