楊國輝，李馳*，商艷，高瑜，李拴虎

(1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院，呼和浩特 010000；2.鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院土木工程系，鄂爾多斯 017000)

黃土廣泛分布于中國西北、華北等地，約占中國國土面積的6.6%[1]。由于黃土具有水敏性、大孔等性質(zhì)所造成的濕陷性[2]，常給黃土地區(qū)工程建設(shè)帶來一定的影響(邊坡滑塌、地基承載力降低等)。為有效解決黃土地區(qū)各類工程問題，通常采用物理或化學(xué)手段消除黃土不良特性，其中化學(xué)手段具有造價(jià)低，施工面積小、震動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于改良黃土不良特性[3]，一般借助材料本身所具有的特性來改變黃土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)與物理特性，例如多采用水泥、石灰或其他化學(xué)固化劑等[4]對黃土進(jìn)行改良，雖可有效改善黃土不良特性，但水泥在生產(chǎn)過程會(huì)造成大量污染和有害氣體排出，極大污染環(huán)境；而石灰具有耐水性差等缺點(diǎn)[5]，無法根本上解決黃土濕陷性等問題；且其他化學(xué)固化劑通常會(huì)對土壤及地下水帶來一定程度污染[6]。因此，開展一種低耗能，低污染又可有效解決黃土濕陷等問題的材料，是目前許多學(xué)者研究熱點(diǎn)方向。

礦渣微粉是煉鐵產(chǎn)生的廢渣經(jīng)細(xì)磨后形成一定活性的粉體，成分主要包括SiO2、Al2O3、CaO等，與水泥成分較為相似。周順等[7]通過X射線衍射圖譜得出礦渣粉主要結(jié)構(gòu)為玻璃體，且存在一定活性。張樹青等[8]利用X射線衍射、差熱分析等方法得出礦渣微粉自身具備水硬性，且水硬活性與礦渣中SiO2與CaO含量有關(guān)。唐明浩等[9]指出礦渣粉本身具有堿性物質(zhì)，且部分能融于水中，可以有效破壞礦渣粉玻璃體結(jié)構(gòu)，形成C-S-H凝膠，且與空氣中的CO2形成碳酸鈣晶體，進(jìn)而提高試件強(qiáng)度，填充孔隙。喬京生等[10]利用礦渣微粉固化淤泥質(zhì)土，結(jié)果表明，適量礦渣微粉摻入后，固化土動(dòng)力特性等指標(biāo)均得到明顯改善。閆林等[11]通過力學(xué)及耐久性試驗(yàn)評判礦渣微粉改良沙漠土效果，發(fā)現(xiàn)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)增多而增大。上述研究結(jié)果表明，將礦渣微粉應(yīng)用于土壤改良具有一定可行性，可有效提高土壤強(qiáng)度，改善土壤微觀結(jié)構(gòu)。但目前有關(guān)礦渣微粉改良黃土相關(guān)研究較少。且由于礦渣微粉與水泥、粉煤灰成分類似，眾多研究已表明水泥與粉煤灰可有效固化黃土，提高土體強(qiáng)度，因此將礦渣微粉摻入黃土中，提高黃土力學(xué)強(qiáng)度具有一定可行性。同時(shí)礦渣微粉作為一種工業(yè)廢棄物，目前多應(yīng)用于混凝土中，充當(dāng)摻和料，替代部分水泥，但隨著我國每年鋼鐵產(chǎn)量持續(xù)增長，大量礦渣微粉無法得到有效利用(利用率僅為20%左右[12])，造成長期堆積，環(huán)境污染，浪費(fèi)資源。因此，開展礦渣微粉改良黃土，既可變廢為寶，實(shí)現(xiàn)固廢利用，又可減少環(huán)境污染。

基于此，現(xiàn)通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度，濕陷性等指標(biāo)評判礦渣粉改良黃土效果，試驗(yàn)結(jié)果可為礦渣微粉改良黃土實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。同時(shí)根據(jù)抗剪強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角、黏聚力試驗(yàn)結(jié)果，建立抗剪強(qiáng)度與礦渣微粉摻量、養(yǎng)護(hù)周期等參數(shù)的模型，為礦渣微粉改良黃土物理力學(xué)特性提供抗剪強(qiáng)度參數(shù)變化模型。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用黃土取自西安市，取土深度為1米，土體呈淺黃色，土質(zhì)較為均勻，并伴隨少量草根，按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123―2019)[13]，進(jìn)行物理力學(xué)指標(biāo)檢測，如表1所示。該地區(qū)黃土具有天然含水率低、濕陷性強(qiáng)(濕陷系數(shù)大于0.015為強(qiáng)濕陷性)等特點(diǎn)。

表1 黃土的基本物性指標(biāo)Table 1 Basic physical properties of loess

試驗(yàn)所用礦渣微粉S95由鞏義市龍澤凈水材料有限公司加工生產(chǎn)，呈灰色粉末狀，比表面積為429 m3/kg，活性指數(shù)7 d和28 d分別為84.2%、98.5%，平均粒徑在30 μm，其主要化學(xué)成分包括SiO2(34.50%)、CaO(34.00%)、Al2O3(17.70%)、SO3(1.64%)、Fe2O3(1.03%)、MgO(6.01%)。

1.2 試樣制備

定義礦渣微粉摻量m為礦渣微粉與黃土質(zhì)量比的百分?jǐn)?shù)，通過最大干密度計(jì)算礦渣微粉所需質(zhì)量，分別按照m為0、5%、10%、15%、20%配制不同礦渣微粉摻量的重塑黃土。首先將不同摻量礦渣微粉與烘干后的黃土干拌均勻后，用噴霧法加入按最優(yōu)含水率計(jì)算所得用水量，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，用保鮮膜密封24 h保證水分均勻分布在土體各部。采用壓實(shí)法制備重塑黃土試樣，將重塑黃土按3層擊實(shí)且每層質(zhì)量相等，并分別按照80 mm×39.1 mm(用于無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn))、61.8 mm×20 mm(用于抗剪強(qiáng)度試驗(yàn))、79.8 mm×20 mm(用于濕陷性試驗(yàn))的尺寸進(jìn)行制作。重塑后的土樣置于恒溫恒濕條件(濕度95%，溫度20 ℃)下分別養(yǎng)護(hù)0、7、14、28 d。

1.3 試驗(yàn)方法

將不同養(yǎng)護(hù)周期后的試樣，分別進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、濕陷性試驗(yàn)。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)使用美國STX-100三軸儀，試樣所受圍壓為零僅受法向壓力，加載壓縮速率為2 mm/min。濕陷性試驗(yàn)使用WG(GDG)高壓固結(jié)儀，試驗(yàn)壓力分別按照25、50、100、200 kPa逐級加載?？辜魪?qiáng)度試驗(yàn)使用ZJ型應(yīng)變控制式直剪儀，在100、200、300、400 kPa垂直壓力下進(jìn)行直剪試驗(yàn)，剪切速率為0.8 mm/min[13]。為避免試驗(yàn)數(shù)據(jù)偶然性，相同礦渣微粉摻量下設(shè)定3組平行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果取其平均值。共制作60個(gè)80 mm×39.1 mm試樣，60個(gè)61.8 mm×20 mm試樣，60個(gè) 79.8 mm×20 mm試樣。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

圖1為不同養(yǎng)護(hù)周期及礦渣微粉摻量下重塑黃土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律圖。相同礦渣微粉摻量下重塑黃土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)周期增加而增大，且隨礦渣微粉摻量的增加，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長速率呈先上升后下降趨勢。礦渣微粉摻量達(dá)到15%時(shí)增長速率達(dá)到最大，其28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度較未養(yǎng)護(hù)提高了70.0%，表明礦渣微粉摻入后，可有效提高重塑黃土強(qiáng)度。一方面由于礦微渣粉含有34%的CaO，當(dāng)與黃土混合后，重塑黃土中Ca2+含量提高，與土體顆粒擴(kuò)散層中的Na+、K+進(jìn)行離子交換作用，進(jìn)一步降低顆粒擴(kuò)散層厚度，加強(qiáng)黃土內(nèi)部顆粒之間結(jié)合力，使大量小顆粒相互團(tuán)聚成大顆粒，進(jìn)而提高土體強(qiáng)度。另一方面礦渣微粉粒徑較小，比表面積大有利于CaO與黃土內(nèi)部水分進(jìn)行水解反應(yīng)生成Ca(OH)2，提高溶液pH加快礦渣微粉反應(yīng)，同時(shí)Ca(OH)2與SiO2可以生成水化產(chǎn)物(水化硅酸鈣、水化硅鋁酸鈣等)，填充孔隙，使無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高。而過量礦渣微粉雖提供大量的Ca2+，但土體內(nèi)離子相對較少，無法有效與Ca2+發(fā)生離子交換，導(dǎo)致重塑黃土強(qiáng)度增長較慢。同一養(yǎng)護(hù)周期下重塑黃土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨礦渣微粉摻量增加呈先增大后減小趨勢，礦渣微粉摻量達(dá)到15%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到峰值。未養(yǎng)護(hù)與養(yǎng)護(hù)7 d強(qiáng)度較低且變化較為平緩，可能原因是礦渣微粉與水、土中其他離子反應(yīng)效率低，無法有效生成膠凝物質(zhì)。14 d與28 d的重塑黃土強(qiáng)度較高，最大強(qiáng)度達(dá)到310 kPa(28 d、m=20%條件下)。

圖1 不同養(yǎng)護(hù)周期及礦渣粉摻量下重塑黃土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化曲線Fig.1 Variation curve of unconfined compressive strength of remoulded loess with different maintenance cycles and slag powder dosing

2.2 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

為進(jìn)一步探究礦渣微粉改良黃土在單軸壓力作用下的破壞特性，根據(jù)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所得結(jié)果，繪制不同礦渣微粉摻量下第28 d應(yīng)力-應(yīng)變變化曲線，如圖2所示。

圖2 不同摻量礦渣微粉養(yǎng)護(hù)28 d下的重塑黃土應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.2 Stress-strain curves of remodelled loess with different dosing of slag micronized powder at 28 d of maintenance

不同摻量下的重塑黃土在單軸壓力作用下均表現(xiàn)出彈性階段、塑性階段、破壞階段。在初始加載過程中，黃土首先進(jìn)入彈性階段，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈線性上升，黃土內(nèi)部顆粒開始受到壓縮，但未出現(xiàn)明顯發(fā)生位移或破壞。彈性階段停留時(shí)間較短，之后便進(jìn)入塑性階段，應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈非線性上升，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到峰值時(shí)，重塑黃土結(jié)構(gòu)完全損傷，變形量達(dá)到最大，受單軸壓力作用下顆粒發(fā)生明顯位移和破壞，內(nèi)部孔隙不斷被壓縮，且顆粒變形無法恢復(fù)，宏觀上表現(xiàn)出重塑黃土隨應(yīng)力應(yīng)變增加，黃土內(nèi)部裂縫及薄弱面受荷載產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致內(nèi)部裂縫迅速向外延伸，使表面產(chǎn)生微裂縫。應(yīng)力應(yīng)變曲線達(dá)到峰值后，重塑黃土開始進(jìn)入破壞階段，隨荷載持續(xù)增加，微裂縫沿重塑黃土薄弱面持續(xù)延伸和擴(kuò)展并進(jìn)一步加寬，最終導(dǎo)致土樣破壞。圖3為礦渣微粉改良黃土破壞時(shí)的試樣，試樣表面微裂縫較多且從試樣底部向上延伸。

圖3 試驗(yàn)時(shí)重塑黃土試樣Fig.3 Reshaping loess specimens during testing

不摻加礦渣微粉時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)為硬化型，破壞時(shí)應(yīng)變達(dá)到1.2%，表明較低摻量礦渣微粉對黃土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高無較大貢獻(xiàn)。隨著礦渣微粉摻量增加，重塑黃土內(nèi)部孔隙逐漸被填充，應(yīng)力應(yīng)變曲線向應(yīng)變軟化型過渡，不同摻量下(m=5%，10%，15%，20%)的試樣破壞應(yīng)變分別為0.69%、0.56%、0.50%、0.53%，m=15%時(shí)，破壞應(yīng)變達(dá)到最小，說明15%摻量的礦渣微粉有效加強(qiáng)顆粒間的連接，填充孔隙，使重塑黃土強(qiáng)度達(dá)到最高。

2.3 濕陷性試驗(yàn)

黃土濕陷性是指當(dāng)黃土遇水后，強(qiáng)度及壓縮性大幅降低[14]，嚴(yán)重制約黃土地區(qū)工程建設(shè)，因此研究礦渣微粉改良后的重塑黃土濕陷性，可進(jìn)一步為實(shí)際工程提供參考依據(jù)。由圖4可知，礦渣微粉摻入可有效降低黃土濕陷系數(shù)。當(dāng)養(yǎng)護(hù)周期為0 時(shí)，不同礦渣微粉摻量的重塑黃土濕陷系數(shù)均大于0.015(濕陷系數(shù)大于0.015為濕陷性黃土[15])，表明經(jīng)重塑后的黃土可使土體更加密實(shí)，顆粒接觸面積更大，孔隙減少[16]，雖可改善黃土濕陷性，但重塑黃土仍具有一定濕陷性，改良效果較差，同時(shí)由于礦渣微粉與水反應(yīng)周期較短，無法生成大量膠凝物質(zhì)改善黃土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致濕陷系數(shù)均大于0.015。隨礦渣微粉摻量及養(yǎng)護(hù)周期的增加，濕陷系數(shù)有效降低，0～7 d濕陷系數(shù)下降速率最大。養(yǎng)護(hù)第28 d下不同摻量礦渣微粉的重塑黃土較原狀黃土濕陷系數(shù)(0.151)分別下降92.1%、96.4%、98.0%、99.0%、97.7%，且濕陷性系數(shù)均小于0.015，最小濕陷系數(shù)為0.001 5(m=15%)，有效將濕陷性黃土改良成非濕陷性黃土，改良效果良好。

圖4 不同養(yǎng)護(hù)周期及礦渣粉摻量下重塑黃土濕陷系數(shù)變化曲線Fig.4 Variation curve of wet sink factor of remoulded loess with different maintenance cycles and slag powder dosing

2.4 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

圖5為不同養(yǎng)護(hù)周期、礦渣微粉摻量及不同垂直荷載作用下重塑黃土抗剪強(qiáng)度變化曲線。由圖5可知，不同礦渣微粉在不同垂直荷載作用下抗剪強(qiáng)度呈線性上升，且抗剪強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)周期的增長呈增加趨勢。養(yǎng)護(hù)周期為0時(shí)，不同礦渣微粉摻量的抗剪強(qiáng)度變化幅度較小，主要原因?yàn)榈V渣微粉尚未開始發(fā)生相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，僅由礦渣微粉顆粒較細(xì)起到填充孔隙作用，使重塑黃土密實(shí)進(jìn)而提高抗剪強(qiáng)度，但仍可以觀察出隨礦渣微粉摻量的增加，抗剪強(qiáng)度呈遞增態(tài)勢。養(yǎng)護(hù)周期為7 d時(shí)，礦渣微粉有效提高重塑黃土抗剪強(qiáng)度，m=5%～20%較m=0變化幅度較大，且抗剪強(qiáng)度隨摻量增加呈先增大后減小趨勢，m=15%時(shí)達(dá)到最大。隨養(yǎng)護(hù)周期繼續(xù)增加(14～28 d)，不同礦渣微粉摻量的抗剪強(qiáng)度均有明顯增加，養(yǎng)護(hù)周期越長，m=15%變化幅度越大，表明適量礦渣微粉可顯著提高抗剪強(qiáng)度。

圖5 抗剪強(qiáng)度變化Fig.5 Variation in shear strength

通過圖5抗剪強(qiáng)度變化直線可計(jì)算出內(nèi)摩擦角和黏聚力，其中內(nèi)摩擦角為直線斜率，黏聚力為直線與縱坐標(biāo)的截距。內(nèi)摩擦角和黏聚力是抗剪強(qiáng)度重要參數(shù)，研究內(nèi)摩擦角和黏聚力可進(jìn)一步探究礦渣微粉對抗剪強(qiáng)度的影響[17]。由圖6(a)可知，內(nèi)摩擦角隨養(yǎng)護(hù)周期呈非線性上升。不同礦渣微粉摻量及養(yǎng)護(hù)周期下，內(nèi)摩擦角分別提高48.4%、50.0%、48.6%、53.8%、42.4%，其中m=15%時(shí)內(nèi)摩擦角提升幅度最大。內(nèi)摩擦角的提升主要依靠摩擦強(qiáng)度，即黃土顆粒之間的相互咬合，礦渣微粉的摻入會(huì)加強(qiáng)顆粒之間的膠結(jié)與顆粒間的咬合力，使土體更加密實(shí)。同時(shí)由于礦渣微粉含有部分CaO，摻入到黃土中會(huì)消耗顆粒之間的水分，進(jìn)一步使顆粒團(tuán)聚，增加摩擦阻力，限制顆粒發(fā)生相對位移，進(jìn)而提高內(nèi)摩擦角。

重塑黃土黏聚力變化曲線如圖6(b)可知，黏聚力在0～14 d變化幅度較大，14～28 d變化趨于平緩，表明養(yǎng)護(hù)后期對重塑黃土黏聚力提升效果有限。隨礦渣微粉摻入，黏聚力變化呈m=15%>m=20%>m=10%>m=5%>m=0的規(guī)律，且不同礦渣微粉摻量下，養(yǎng)護(hù)周期為28 d較未養(yǎng)護(hù)分別提升50%、55%、55%、56%、49%，表明礦渣微粉摻量并非是越多越好，適量礦渣微粉可有效提高黏聚力，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，m=15%時(shí)為最優(yōu)摻量，礦渣微粉中的二氧化硅與Ca(OH)2反應(yīng)形成額外的硅酸鈣水合物(C-S-H)，進(jìn)一步提高顆粒接觸面積與膠結(jié)作用。且隨養(yǎng)護(hù)周期的增長，黏聚力提高較為明顯，但過量礦渣微粉摻量時(shí)會(huì)導(dǎo)致重塑黃土黏聚力下降，超過14 d時(shí)，隨黃土中的離子反應(yīng)減少無法充分與剩余礦渣微粉反應(yīng)，導(dǎo)致后期黏聚力提高較為緩慢。

圖6 內(nèi)摩擦角與黏聚力變化曲線Fig.6 Internal friction angle versus cohesion variation curve

2.5 抗剪強(qiáng)度模型建立

通過上述實(shí)驗(yàn)可知，抗剪強(qiáng)度與礦渣微粉摻量、養(yǎng)護(hù)周期存在一定變化規(guī)律，因此采用回歸線方程建立礦渣微粉摻量(m)、養(yǎng)護(hù)周期(d)、內(nèi)摩擦角(φ)、黏聚力(c)、垂直荷載(σ)與抗剪強(qiáng)度(τf)模型。

2.5.1 不同礦渣微粉摻量下內(nèi)摩擦角與養(yǎng)護(hù)周期關(guān)系模型

從圖6(a)可知，不同養(yǎng)護(hù)周期下內(nèi)摩角與礦渣微粉摻量呈非線性相關(guān)，通過對多個(gè)方程進(jìn)行擬合，最終選擇Rational方程，該方程擬合效果較好，回歸方程假定為

(1)

式(1)中：A、B、C、D、E、F、G、H、I、G為回歸方程參數(shù)；x為礦渣微粉摻量；y為養(yǎng)護(hù)周期。

利用Origin軟件對模型各參數(shù)進(jìn)行修正擬合，可得到不同礦渣微粉摻量下內(nèi)摩擦角與養(yǎng)護(hù)周期關(guān)系模型為

(2)

將圖6(a)中的數(shù)據(jù)代入式(2)中進(jìn)行驗(yàn)證，該方程擬合效果較好，相關(guān)性R2=0.97(相關(guān)性越接近1代表擬合程度越高)。如圖7所示，礦渣微粉摻量及養(yǎng)護(hù)周期越大，內(nèi)摩擦角變化越顯著，說明養(yǎng)護(hù)周期、礦渣微粉摻量與內(nèi)摩擦角存在正相關(guān)性。

圖7 不同礦渣微粉摻量下內(nèi)摩擦角與養(yǎng)護(hù)周期擬合曲面Fig.7 Fitting surface of internal friction angle versus maintenance period for different slag micronutrient dosing

2.5.2 不同礦渣微粉摻量下黏聚力與養(yǎng)護(hù)周期摻量關(guān)系

由圖6(b)試驗(yàn)結(jié)果可知，黏聚力與礦渣微粉摻量、養(yǎng)護(hù)周期同樣存在一定相關(guān)性，因此采用Rational Taylor方程建立相關(guān)回歸模型。方程為

(3)

對模型各參數(shù)進(jìn)行修正擬合，可得到如式(4)所示的不同礦渣微粉摻量下黏聚力與養(yǎng)護(hù)周期關(guān)系模型。將圖6(b)中的數(shù)據(jù)代入式(4)中進(jìn)行驗(yàn)證。該方程擬合效果較好，相關(guān)性R2=0.99。如圖8所示，礦渣微粉摻量及養(yǎng)護(hù)周期越大，黏聚力變化越顯著，說明養(yǎng)護(hù)周期、礦渣微粉摻量與黏聚力同樣存在正相關(guān)性。

圖8 不同礦渣微粉摻量下黏聚力與養(yǎng)護(hù)周期擬合曲面Fig.8 Fitting surface of cohesion versus maintenance period for different slag micronutrient dosing

(4)

2.5.3 抗剪強(qiáng)度模型建立

根據(jù)庫倫所提出的抗剪強(qiáng)度公式，將式(2)與式(4)代入到庫倫公式中，即可得到抗剪強(qiáng)度(τf)與礦渣微粉摻量(m)、養(yǎng)護(hù)周期(d)、內(nèi)摩擦角(φ)、黏聚力(c)、垂直荷載(σ)變化關(guān)系為

τf=c+tanφ=

(5)

為進(jìn)一步驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性，將養(yǎng)護(hù)28 d、垂直荷載為100 kPa下不同礦渣微粉摻量代入式(5)中，所得結(jié)果如表2所示。通過對比實(shí)際抗剪強(qiáng)度和預(yù)測抗剪強(qiáng)度，可得出該模型具有較高擬合度，相對誤差率均小于8%，擬合度較高。建立抗剪強(qiáng)度與其他影響因素模型，不僅可預(yù)測單一變量值，為工程實(shí)踐提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)通過該模型可進(jìn)一步了解各參數(shù)與抗剪強(qiáng)度間變化關(guān)系。

表2 黃土抗剪強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of shear strength verification tests on loess

3 結(jié)論

通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、濕陷性試驗(yàn)研究不同摻量礦渣微粉對黃土力學(xué)性能的影響，并建立抗剪強(qiáng)度模型，了解各參數(shù)與抗剪強(qiáng)度間變化關(guān)系，得出以下主要結(jié)論。

(1)相同礦渣微粉摻量下重塑黃土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)周期增加而增大，最大抗壓強(qiáng)度為310 kPa。養(yǎng)護(hù)28 d條件下不同摻量的重塑黃土在單軸壓力作用下均表現(xiàn)出彈性階段、塑性階段、破壞階段。

(2)隨礦渣微粉摻量及養(yǎng)護(hù)周期的增加，濕陷系數(shù)有效降低，表明礦渣微粉可有效解決黃土不良特性。

(3)不同礦渣微粉在不同垂直荷載作用下抗剪強(qiáng)度呈線性上升，且抗剪強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)周期的增長呈增加趨勢。內(nèi)摩擦角與黏聚力隨養(yǎng)護(hù)周期呈非線性上升，且隨礦渣微粉摻量呈先增大后降低趨勢。

(4)利用Rational、Rational Taylorl方程建立回歸模型，表明養(yǎng)護(hù)周期、礦渣微粉摻量與內(nèi)摩擦角、黏聚力存在正相關(guān)性，并建立抗剪強(qiáng)度與礦渣微粉摻量、養(yǎng)護(hù)周期、內(nèi)摩擦角、黏聚力、垂直荷載模型，該模型具有較高擬合度。