【摘要】：近年來,我國很多重要流域通道地區(qū)的灌溉系統(tǒng)及中小河道淤積現(xiàn)象較為嚴峻,若將采集的疏浚淤泥隨意堆放或棄埋,不僅占用大量耕地,而且會造成污染物擴散、河流污染以及空氣污染等環(huán)境問題,亟需采取安全環(huán)保的處理措施。淤泥輕量化處理技術(shù)可把淤泥當作“資源”來看待,淤泥輕量土是通過添加發(fā)泡聚苯乙烯(Expanded Polystyrene Sheet,簡稱EPS)、固化劑,混合拌制而成的一種人工合成填料,它作為一種新型的環(huán)保土體,其具備輕質(zhì)高強、固化前具有流動性、易施工性及固化后可自立等優(yōu)點,既可以實現(xiàn)淤泥的“變廢為寶”,又能有效解決淤泥堆放污染環(huán)境等問題。本文主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)本文選用擬合后的余弦波形荷載為循環(huán)荷載類型,通過室內(nèi)固結(jié)試驗和三軸試驗,揭示了在一定的循環(huán)周期下不同水泥摻量、圍壓、EPS摻量及EPS粒徑大小等因素分別對淤泥輕量土的宏細觀結(jié)構(gòu)變形特性和抗剪強度的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)EPS摻量及其粒徑大小對不同循環(huán)次數(shù)下淤泥輕量土的細觀變形特性的影響最為顯著,當EPS摻量相差2.0%時,淤泥輕量土最大體積變形量相差了4.1%。隨著EPS顆粒粒徑增大,其體積變量所占比例逐漸減小,EPS顆粒變形量所占比例最大約占75%。(2)基于試驗獲得的各項參數(shù),借助ABAQUS有限元軟件,對循環(huán)荷載作用下淤泥輕量土的細觀多相變形機理及其內(nèi)部EPS顆粒的應力應變動態(tài)演化規(guī)律開展了細觀尺度下的數(shù)值模擬工作,并與室內(nèi)試驗結(jié)果進行對比分析。研究進一步表明了隨著循環(huán)周期的逐漸增加,EPS顆粒變形量在整個變形過程中占主導地位,平均約占到55%~75%,而固結(jié)土的體積變形量占據(jù)了較小一部分。(3)鑒于淤泥輕量土組成的復雜性,參照太沙基一維固結(jié)理論中的部分假設(shè),建立了淤泥輕量土固結(jié)理論模型,推導出了其固結(jié)變形理論的相關(guān)數(shù)學模型、固結(jié)方程及其單元體體積變形量與排水量之間的關(guān)于不同EPS顆粒摻量的非線性函數(shù)系數(shù)β。然后根據(jù)模型的初始邊界條件,利用傅里葉級數(shù)法、分離變量法,并結(jié)合Maple數(shù)學編程軟件求解出了余弦荷載下淤泥輕量土地基的一維固結(jié)解析解及沉降量的表達式。(4)利用ABAQUS軟件建立了三維淤泥輕量土路基模型,對其各層結(jié)構(gòu)在車輛荷載作用下的動態(tài)變形及其工后沉降變形特性進行了系統(tǒng)分析,揭示了淤泥輕量土路基在動荷載下的動態(tài)變形規(guī)律及其分布特征。通過理論計算與數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析獲悉,在荷載作用的初始階段兩種方法獲得的結(jié)果基本相同,隨著荷載作用時間的逐漸加長,數(shù)值模擬結(jié)果略比理論計算結(jié)果偏小,但這些偏差均處于誤差允許范圍內(nèi)。
【學位授予單位】：河南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U414
【圖文】：

本文技術(shù)路線圖

應力應變關(guān)系展開詳細研究，進一步探究循環(huán)荷載作用下淤泥輕量土的細觀多相變形機理及其宏、細觀變形特性。2.1 試樣材料及其相關(guān)性質(zhì)本試驗采用疏浚淤泥作為原料土，發(fā)泡聚苯乙烯（Expanded Polystyrene Sheet，簡稱 EPS）作為輕質(zhì)摻合料，鄭州市天瑞水泥廠生產(chǎn)的 32.5#普通硅酸鹽水泥作為固化材料制備的 EPS 淤泥輕量土試驗的試樣。2.1.1 原料土本試驗選用的原料土是取自黃河流域鄭州黃河游覽區(qū)域的疏浚淤泥，屬于典型海相沉積淤泥。本次試驗所選的淤泥特征主要有：處于完全飽和狀態(tài)，顏色主要呈淺色至深灰色，局部夾雜著灰褐色和黑色，表面較為光滑，狀態(tài)呈流塑狀，可成形，聞著有較重的腥臭味，有機質(zhì)含量較高，基本上可以代表我國黃河流域海相沉積淤泥，試驗所用的淤泥原狀土如圖 2 所示，其基本物理參數(shù)見表 1。

應力應變關(guān)系展開詳細研究，進一步探究循環(huán)荷載作用下淤泥輕量土的細觀多相變形機理及其宏、細觀變形特性。2.1 試樣材料及其相關(guān)性質(zhì)本試驗采用疏浚淤泥作為原料土，發(fā)泡聚苯乙烯（Expanded Polystyrene Sheet，簡稱 EPS）作為輕質(zhì)摻合料，鄭州市天瑞水泥廠生產(chǎn)的 32.5#普通硅酸鹽水泥作為固化材料制備的 EPS 淤泥輕量土試驗的試樣。2.1.1 原料土本試驗選用的原料土是取自黃河流域鄭州黃河游覽區(qū)域的疏浚淤泥，屬于典型海相沉積淤泥。本次試驗所選的淤泥特征主要有：處于完全飽和狀態(tài)，顏色主要呈淺色至深灰色，局部夾雜著灰褐色和黑色，表面較為光滑，狀態(tài)呈流塑狀，可成形，聞著有較重的腥臭味，有機質(zhì)含量較高，基本上可以代表我國黃河流域海相沉積淤泥，試驗所用的淤泥原狀土如圖 2 所示，其基本物理參數(shù)見表 1。

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本文編號：2785714