›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (7): 1854-1860.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

水泥土在侵蚀环境中的试验研究和等效分析

刘泉声1,柳志平1,程 勇2,贾瑞华2   

  1. 1. 武汉大学 土木建筑工程学院,武汉 430072;2. 中交第二公路勘察设计研究院有限公司,武汉 430056
  • 收稿日期:2012-07-30 出版日期:2013-07-10 发布日期:2013-07-15
  • 通讯作者: 柳志平,男,1985年生,博士研究生,主要从事地基处理及基坑支护工程方面研究。E-mail: lzp0312@whu.edu.cn E-mail: liuqs@whrsm.ac.cn
  • 作者简介:刘泉声,男,1962年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土工程方面的研究工作。
  • 基金资助:

    2010年度教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队项目(No. IRT1031);中交建设股份特大科技项目“港珠澳大桥珠海连接线隧道工程建设关键技术研究”;中央高校基本科研业务费专项资金(No. 20112100202006)

Experimental study and equivalent analysis of cemented soil under corrosion environment

LIU Quan-sheng1,LIU Zhi-ping1,CHENG Yong2,JIA Rui-hua2   

  1. 1. School of Civil and Architectural Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 2. CCCC Second Highway Consultants Co., Ltd., Wuhan 430056, China
  • Received:2012-07-30 Online:2013-07-10 Published:2013-07-15

摘要: 拱北隧道是港珠澳大桥连接线的重要组成部分,隧道基底采用水泥土加固体处理。在加固体所处的环境中,由于地下承压水与海水相连,海水中所含的侵蚀性离子易对加固体产生一定的影响。通过室内试验和理论推导,研究侵蚀环境下水泥土的力学性能和耐久性。自制水泥土试块并模拟侵蚀环境,水泥土试块在侵蚀环境中浸泡时间分别为90、180、270 d,对浸泡后的水泥土试块进行无侧限抗压试验。试验结果表明:在侵蚀环境的影响下,水泥土试块强度的最大值出现在90~ 270 d之间。浸泡时间超过90 d,氯化镁和氯化钠的混合溶液(MCN)使水泥土试块的抗压强度表现出明显的衰减响应。在低浓度(1.5 g/L和4.5 g/L)条件下,MSN中的硫酸镁与水泥土中的3CaO•2SiO2•3H2O充分反应,使水泥土的抗压强度达到最高值,同比情况下对水泥土的抗压强度损伤最小。在相同的浓度下,氯化镁对水泥土试块的抗压强度影响比硫酸镁大。从化学动力学基本原理出发,基于硫酸镁与水泥水化产物的化学反应过程,推导得出侵蚀性溶液浓度与侵蚀时间之间的关系式(C1/C2)β=t2/t1,即当水泥土被侵蚀后达到同等抗压强度时,侵蚀性物质浓度的反应级数次方与侵蚀时间成反比。根据公式,可以通过较高浓度的侵蚀性溶液对水泥土试样浸泡较短时间条件下的强度试验结果,预测分析较低浓度的侵蚀性溶液对水泥土试样浸泡较长时间条件下的水泥土强度。最后结合试验数据对理论结果进行了验证。

关键词: 水泥土, 侵蚀性, 力学试验, 化学动力学, 等效分析

Abstract: Gongbei tunnel is an important part of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge cable; its foundation pit bottom is dealt with cemented soil. The aggressive ions of the sea will easily have an effect on the cemented soil as the underground pressure water is connected to the brine. Through the laboratory experiment and theoretical deduction, the mechanical properties and durability of cemented soil in the corrosion environment are studied as follows. Laboratory cemented soil and corrosion environment are made to test the unconfined compression strength of the samples soaked at 90 d, 180 d and 270 d respectively. Result of this laboratory experiment indicates that: under the influence of erosion environment, the maximum value of uniaxial compressive strength of cement soil will be reached between 90 d and 270 d. After the soak period exceeds 90 d, the solution that contains MCN shows up an entirely negative effect on the compressive strength of cemented soil. Under low concentration (1.5 g/L and 4.5 g/L), the chemical reaction between MSN and cemented soil achieves an optimum value; in comparative conditions the compression strength damage of cement soil is minimal. The effect of magnesium chloride on compressive strength of the cemented soil samples is much larger than that of magnesium sulfate. Based on the principle of chemical kinetics and the chemical equation between magnesium sulfate and the cement hydration products, combined with the assumptions, the relationship between ion concentration and corrosion time is deduced as (C1/C2)β=t2/t1; that is, when the soil samples are eroded to equivalent compression strength, the reaction order of concentration is inversely proportional to corrosion time. According to the formula, the strength of cemented soil soaking in low concentration solution for a long time is predicted by the strength of cemented soil soaking in high concentration solution for a short time. At last, the theoretical results are verified by experimental data.

Key words: cemented soil, erosion, mechanical test, chemical kinetics, equivalent analysis

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[1] 陈 军, 梁文鹏, 应宏伟, . 大直径水泥土锚索合理间距的试验与数值研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 374-380.
[2] 刘 镇,周翠英,陆仪启,林振镇, . 软岩水-力耦合的流变损伤多尺度力学试验系统的研制[J]. , 2018, 39(8): 3077-3086.
[3] 马芹永,高常辉,. 冲击荷载下玄武岩纤维水泥土吸能及分形特征[J]. , 2018, 39(11): 3921-3928.
[4] 许胜才,张信贵,马福荣,陈子兴, . 水泥土桩加固边坡变形破坏特性及模型试验分析[J]. , 2017, 38(11): 3187-3196.
[5] 周佳锦,龚晓南,王奎华,张日红,王孟波,. 层状地基中静钻根植竹节桩单桩沉降计算[J]. , 2017, 38(1): 109-116.
[6] 胡秀青,董全杨,吕程伟,王 军,庄心善,. 水泥土搅拌桩软土地基土体动力特性的共振柱试验研究[J]. , 2016, 37(S2): 343-348.
[7] 鹿 群,郭少龙,王闵闵,高 萌,. 纤维水泥土力学性能的试验研究[J]. , 2016, 37(S2): 421-426.
[8] 徐 平,张天航,孟芳芳,. 工字钢水泥土搅拌墙基坑支护的力学性能研究[J]. , 2016, 37(S2): 769-774.
[9] 宋新江,徐海波,周文渊,王 伟,. 水泥土应力-应变特性真三轴试验研究[J]. , 2016, 37(9): 2489-2495.
[10] 周佳锦,王奎华,龚晓南,张日红,严天龙,. 静钻根植竹节桩桩端承载性能试验研究[J]. , 2016, 37(9): 2603-2609.
[11] 叶观宝 ,蔡永生 ,张 振 , . 加芯水泥土桩复合地基桩土应力比计算方法研究[J]. , 2016, 37(3): 672-678.
[12] 刘松玉,郑 旭,蔡光华,曹菁菁, . 活性MgO碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀性研究[J]. , 2016, 37(11): 3057-3064.
[13] 周小文 ,刘 攀 ,胡黎明 ,何勇彬 ,赵仕威 , . 结构性花岗岩残积土的剪切屈服特性试验研究[J]. , 2015, 36(S2): 157-163.
[14] 牛亚强 ,王 旭 ,郑 静 ,蒋代军 ,刘德仁 ,蒋鹏程 , . 侧向约束防渗路基新结构防渗效果试验研究[J]. , 2015, 36(S2): 252-258.
[15] 何 平 ,徐中华 ,王卫东 ,李 青 , . 基于土体小应变本构模型的TRD工法成墙试验数值模拟[J]. , 2015, 36(S1): 597-601.
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[1] 黄庆享,张 沛,董爱菊. 浅埋煤层地表厚砂土层“拱梁”结构模型研究[J]. , 2009, 30(9): 2722 -2726 .
[2] 刘争宏,廖燕宏,张玉守. 罗安达砂物理力学性质初探[J]. , 2010, 31(S1): 121 -126 .
[3] 王登科,刘 建,尹光志,韦立德. 突出危险煤渗透性变化的影响因素探讨[J]. , 2010, 31(11): 3469 -3474 .
[4] 樊恒辉,高建恩,吴普特,娄宗科. 水泥基土壤固化剂固化土的物理化学作用[J]. , 2010, 31(12): 3741 -3745 .
[5] 胡 琦,凌道盛,陈云敏. 基于Melan解的水平基床系数分析方法及工程运用[J]. , 2009, 30(1): 33 -39 .
[6] 张成平,张顶立,骆建军,王梦恕,吴介普. 地铁车站下穿既有线隧道施工中的远程监测系统[J]. , 2009, 30(6): 1861 -1866 .
[7] 王 军,曹 平,李江腾,刘业科. 降雨入渗对流变介质隧道边坡稳定性的分析[J]. , 2009, 30(7): 2158 -2162 .
[8] 张雪婵 ,龚晓南 ,尹序源 ,赵玉勃. 杭州庆春路过江隧道江南工作井监测分析[J]. , 2011, 32(S1): 488 -0494 .
[9] 唐世斌,唐春安,李连崇,张永彬. 湿度扩散诱发的隧洞时效变形数值模拟研究[J]. , 2011, 32(S1): 697 -0703 .
[10] 席人双,陈从新,肖国锋,黄平路. 结构面对程潮铁矿东区地表及岩体移动变形的影响研究[J]. , 2011, 32(S2): 532 -538 .