统计量化在海洋粘土稳定强度的不确定性的一种Portland-Fly火山灰水泥

文摘

本研究处理粘土稳定的强度的变化特别binder-the杰姆II / b对Portland-fly火山灰水泥的类型。两个不确定性的来源了,这种不确定性在水泥碎片粘结剂,粘合剂浓度的不均匀性引起的过程与原位粘土混合粘结剂浆。这两个不确定性定量描述为两个随机变量,并通过蒙特卡罗模拟方法进行了分析。结果表明,强度是粘结剂对水泥分数但粘合剂浓度敏感;后者的变化甚至导致一个放大力量的变化。粘结剂浓度的变化,提出了有关的变异强度通过叶片旋转数的运行参数。通过这样做,结果可能有助于设计师是施工前的质量控制土壤稳定。

1。介绍

土壤稳定是必要的,之前许多岩土工程项目的建设海洋粘土。稳定可以实现通过添加胶结绑定或其他掺合料(如石灰、粉煤灰和沥青)与深层土壤天然粘土混合或喷射技术。普通硅酸盐水泥(OPC)是一种常见的粘结剂,固化土的强度能够获得较快的方式;大约80%的力量可以达到在28天养护期。这个特性使OPC用于项目建设周期短。然而,许多项目施工周期很长;例如,当应用cement-admixed板在深基坑抵抗侧向位移([1]),开挖完成后可能会持续半年的板。在这种情况下,一个低强度增加率是允许的。肖et al。2]研究了粉煤灰的强度获得率的影响通过使用一个新的绑定,也就是说,杰姆II / b对类型的Portland-fly火山灰水泥(PFC),这是一个混合的OPC一定量的硅质粉煤灰([3])。图1说明了PFC在宏观的和微观方面。图2来诠释数据从肖et al。2)工作,这表明OPC-stabilized土的强度与粉煤灰超过没有粉煤灰时,养护期是90天或更多。因此,如果一个项目持续时间超过3个月前稳定土壤动员,PFC可能是一个更好的粘结剂在纯粹的OPC的强度增加。

可以找到几个研究PFC-stabilized粘土([2,4,5]),这主要是基于实验室检测与谨慎准备样品和标准程序测试。因此,实验室样品的强度远小于观察。例如,肖et al。2)发现,变异系数(x)的无侧限抗压强度(UCS) PFC-stabilized粘土样品准备在实验室通常小于0.05。这种级别的浸相比可以忽略不计,水泥深层搅拌项目报告;后者通常是高达0.4到0.6 ([6])。这种差异意味着实验室研究和工程实践之间的差距。这可能是由于施工中遇到的不确定性。显著的不均匀性可以在混合过程中引入与原位粘土粘结剂。这种类型的不均匀性被广泛报道(例如,7- - - - - -9])。另一方面,PFC的混合水泥和粉煤灰、水泥和部分PFC被指定为一个范围65% - -79%的BS EN 1971: 20003]。粘结剂的水泥分数的变化可能会进一步增加强度的变化。

在当前的研究中,这两个不确定性的来源被认为是连接实验室结果与工程应用。变异系数的关系(x)之间建立实验室和现场数据。这种关系,经验方法估计的强度的变化可以获得施工质量控制。

2。强度预测模型

基于大量的实验测试,肖et al。2]得出的UCS PFC-stabilized粘土(表示问_u)是由OPC组件(表示问_加州大学(表示)和粉煤灰组件问_{佛罗里达大学}): 在这问_加州大学和问_{佛罗里达大学}kPa的单位。 在哪里t是单位的养护期,和阶段组件和混合比率被定义在图吗3。

方程(2)和(3)从一个无侧限抗压强度之间的关系问_u0、混合比和养护时间t肖等人提出的。2]。 在这=水泥含量,W=质量的水,C=水泥的质量;α相关的短期强度增加,而r长期强度增加的速率有关。通过调整米获得最佳直线,参数米,问₀,n可以确定。表1总结了参数的值方程(4)标本,由OPC组件和粉煤灰组件是由肖et al。2]。

在最近的研究中,进行了一系列的无侧限抗压强度测试来验证方程(1)。混合比例是2:0.655:0.345:3 (米_年代:米_C:米_F:(米_W1+米_W2))。测试结果如图4,数据4 (b)和4 (c)显示压缩的失败模式样本28天,90天的固化时间,分别。与养护28天,样品的开发和扩展裂缝主要分布在上部区域约20 - 30%的压缩样本。这些连续裂缝组成一个封闭的网络,最终导致样本的完整性的破坏。相反,在治愈了90天的样品的一部分,失败的发生往往伴随着碎片剥落和骨折明显延长中间和底部区域的样本。几种主要的裂缝在整个样本压缩过程的最终样品的失败的重要原因。虽然没有观察到明显的剪切带,常发生在无侧限抗压强度的测试中,测试结果通常是一致的预测模型方程(1)。

3所示。状态变量

3.1。土壤混合

数据5(一个)和5 (b)显示水泥土壤样品中使用的实验室和空心从一个真实的项目,分别。从图可以看出5 (b),更不均匀性可观测到的空心样本,甚至部分仍然是未经处理的。这种不均匀性是引起土壤混合的过程。由于这个原因,一个状态变量α定义(图3)来量化这种不均匀性。如果α= 0,掺合料是纯自然土壤;而如果α= 1,掺合料是纯粹的粘结剂浆。

3.2。水泥分数在PFC粘合剂

PFC的粘结剂(即。,CEM II/B-V type of cement) is specified by BS EN 1971 : 2000 [3),水泥分数65 - 79%;同样,粉煤灰质量分数是21 - 35%。水泥分数也可能改变过程中水泥与粉煤灰混合。结果,由于水泥和粉煤灰在不同的礼仪(图贡献力量4),合成强度可能会有所不同。为了检验这种效果,水泥质量分数(表示β)在此被视为另一个状态变量。

图6显示了合成UCS在不同级别的α-价值和β价值;他们的关系推导在附录a粉煤灰的贡献微不足道当养护期小于28天,而它对强度的影响变得越来越重要。因此,为了最大化其强度潜力,很长一段养护期应提供使用时PFC稳定粘结剂。

3.3。统计参数

在本节中,状态变量α和β被视为随机变量检查PFC-stabilized黏土的强度的统计特征。

的范围α在[0,1]物理限制。的平均值α是规定的设计者来说,这取决于水泥的用量。的平均值α在这项研究中(图样本测试4)是0.33。这意味着价值是采用模拟以后,所以仿真结果可以比较实验室测试结果。的浸α可以推断出从叶片旋转数;后者是一个混合的操作参数过程当添加粘结剂浆天然粘土。陈等人。10广泛研究了浸的关系α旋转和叶片数。他们观察到,当粘结剂浆的密度接近天然粘土,可以增强混合均匀性,他们提出了以下公式基于离心模型试验结果: 在哪里δ表示的浸α;T表示旋转叶片数。为简单起见,T= 200是第一个采用的参考价值,也就是说,δ根据方程(= 0.25)。直到这个时候,四个参数的随机变量α可以确定,即上下乐队,平均值和浸。这四个参数,贝塔分布可以确定α([11])。

另一方面,因为的主要变化β的结果范围指定的BS代码(3),类型的概率β仅仅是假设为均匀分布在区间[0.65,0.79]。稍后将显示,结果是不敏感的变化β。

图7显示的概率密度函数α和β参考案例,具体列出这两个随机变量的统计参数表2。

4所示。结果

图8显示的效果α和β在力量与蒙特卡洛模拟方法12]。采用养护期为90天;然而,结果是可扩展到其他养护期通过考虑时间因素([2])。图8(一个)表明,强度相对较小的变化;最大强度小于100 kPa之间的差异。这个观察意味着强度函数方程(1)不敏感β。这个不敏感也可以观察到从图6;由此产生的粉煤灰和水泥对强度的影响不敏感β当养护期超过90天,尽管方程(2)和(3)分别随β。相比之下,图8 (b)表明,强度变化明显时α各不相同。因此,粘结剂浓度的变化α主导力量的变化。由于这些原因,唯一的变化α将检查以下。

参数研究α进行评估字段数据的x和。这是表现与蒙特卡罗模拟,结果如图所示9。从这个图我们可以看到,这两种类型的x可以弥合与叶片旋转数。预测强度x大于x的α。列在表3,当时的浸α是0.2,强度是0.328的浸。这意味着在混合不均匀性有一个放大的影响强度变化。放大效应是由于强度预测模型的非线性方程(1)。通过比较确定的情况下和随机分析表3的存在,一个人可以观察到强度的变化会导致一个更大的平均强度的结果,而中值出现产量更保守估计的力量。这个观察是一致的郑et al。(13)工作。

的预测浸UCS的递减函数旋转叶片数,这是符合野外观察报告的藤井裕久等。14和拉尔森等。15在深层搅拌项目。藤井裕久等。14)报道,当叶片旋转数增加从100年到450年,UCS的测量x和减少从0.8到0.16。拉尔森et al。15]分析了石灰水泥深层搅拌列稳定的力量,发现测量x的强度降低0.6到0.1时,叶片旋转数增加50到800左右。因此,图9可能会提供一个经验法则估计浸的力量之前,深层搅拌项目的建设。图9和表3也可以作为一个扩展的工作和实验室研究支持陈et al。16)建筑材料属性的随机性和锅等。17地下结构的不确定因素。

5。结论

可以找到一些实验室研究的主题应用Portland-fly火山灰水泥作为粘结剂稳定的海洋粘土,而这些研究主要是平均水平。在这项研究中,粘土的强度变化稳定的杰姆II / b对类型Portland-fly火山灰水泥已经被考虑。指定的这种类型的水泥是水泥比例从65%降至79%。两个不确定性的来源了,这种不确定性在水泥粘结剂的比例,和粘结剂浓度的不均匀性导致了粘结剂的混合过程与原位粘土泥浆。这两个不确定性定量评估两个随机变量,并通过蒙特卡罗模拟进行了分析。结果表明,稳定粘土的强度是对水泥部分指定范围内。这一发现可能会使设计师平衡使用水泥和粉煤灰的环境考虑。相比之下,粘合剂浓度敏感强度,粘结剂浓度的变化被发现在强度的变化被放大。在这项研究中,粘结剂浓度的变化和强度都与叶片旋转数的运行参数。结果将使工程师在质量控制土壤稳定之前。

附录

两个状态变量和强度之间的关系方程

基于图的插图和定义3,下面的关系可以得出:

用方程(. 1)- (各)到方程(2)和(3),状态变量α和β可以链接的强度预测方程。为简单起见,原位水的内容设置稳定的维持在100%左右,binder-water浆的比例一个设置恒定在1。通过这样做,平均混合比例是2:0.655:0.345:3,一样的实验室测试。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(71732001和71732001号)和基础研究基金中国中央大学(2018 kfyyxjj005)。徐州关键研究和开发项目的研究基金会(KC20199)。

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