轻质泡沫混凝土作为回填材料对扶壁式挡土墙墙的应力和变形

文摘

控制沉降和土压力背后的挡土墙在软土地区进行公路建设和运营的实际问题,这主要是由于穷人软土的性质。减少推力挡土墙和路基沉降,提出使用轻质泡沫混凝土作为路基填料在扶壁式挡土墙墙后面。然而,扶壁式挡土墙墙的力学性能和变形行为仍未知轻质泡沫混凝土用作回填时在墙后面。为了解决这个问题,一个比例模型背后的路基填充轻质泡沫混凝土建立了扶壁式挡土墙墙来确定其应力和变形特征在不同因素。侧向土压力和壁位移在不同海拔高度的挡土墙模型在测试监控。然后,一系列的正交实验进行分析和比较过载的影响,密度,厚度和替换的轻质泡沫混凝土挡土墙的土压力和位移。大小的结果表明,在同一位置的挡土墙土压力受超载的影响,密度,和替代轻质泡沫混凝土的厚度,但其分布形式的变化只是替换这回填厚度有关。此外,伯仲之间的关系的不同因素的影响程度上的力和变形扶壁式挡土墙墙充满轻质泡沫混凝土回填使用区间分析方法获得的。

1。介绍

与新建筑的概念,“绿色、环保、节能”积极倡导国内外近年来,大量的新材料和创新技术为基础设施建设开发并应用于实际工程(1- - - - - -3]。作为一种新型的轻质材料,轻质泡沫混凝土被广泛重视和研究了国内外许多学者和专家由于其重量轻等优点,正直,流动性高,耐久性好,施工方便,和保温4- - - - - -9]。除此之外,它已经逐渐应用于土木工程的各个领域,取得了良好的工程效果,有力地推动了行业和社会广泛认可(10- - - - - -14]。因此,作者提出使用轻质泡沫混凝土作为一种填料Guangzhou-Foshan-Jiangmen扶壁式挡土墙墙背后的广东省高速公路在中国,它提供了一种新方法来控制地基沉降和减少对挡土墙的推力(如图1)。

关于演员的替代技术研究原位轻质泡沫混凝土,其宪法,物理特性和工程应用程序已经被Valore研究[15,16],Rudnai [17],泰勒[18),短和Kinniburgh [19]。随着泡沫混凝土的发展,一系列轻质泡沫混凝土进行改性的实验研究进行了通过添加不同的外加剂。例如,琼斯和麦卡锡(20.)和Kearsley温赖特(21建议使用未加工,run-of-station low-lime粉煤灰可以显著提高发泡轻质混凝土的性能。Chandni和阿南德22]研究了超塑化剂的影响包含水,固体和相应的变化比对泡沫混凝土的抗压强度,并整合PCE-based观察强塑剂可有效提高泡沫混凝土的强度。王等人。23)发现少量(3 wt %)面包屑橡胶可以提高泡沫混凝土的防水性能。除此之外,对于研究轻质泡沫混凝土的耐久性和微观特性,钟等。24]研究了轻骨料混凝土的特点和性质和泡沫混凝土的密度水平利用图像分析方法;沙尼et al。25)披露的影响回收玻璃罚款机械和泡沫混凝土的耐久性性能相比,传统胶结罚款;苏et al。26]分析了泡沫混凝土的力学行为的一系列单轴和三轴实验;结果表明,泡沫混凝土单轴拉伸下展示了脆性破坏和小单轴加载的压缩变形。根据上面的引用,尽管大量的实验研究轻质泡沫混凝土进行了国内外主要局限于实验研究其物理和机械性能。很少有研究使用轻质泡沫混凝土回填扶壁式挡土墙墙后面,和它的力和变形特性尚不明确,需要进一步研究。

另一方面,相关的研究(27- - - - - -29日]表明,土压力影响因素和挡土墙的墙位移如下:过载,挡土墙的形状,填土的性质、填土高度。考虑到实验室测试条件的限制,三个主要影响因素被认为是在这篇文章中,包括过载、轻质泡沫混凝土的密度和替代轻质泡沫混凝土的深度。

本研究的总体目标是确定和比较扶壁式挡土墙墙的应力和变形特点与轻质泡沫混凝土回填不同因素下通过室内模型试验。此外,模型试验的结果可以确定三个因素的主次关系的影响程度上的力和变形的挡土墙通过范围分析,和最合适的替代轻质泡沫混凝土厚度扶壁式挡土墙墙后也可以通过回归分析,可在实际工程提供参考。

2。实验的程序

2.1。实验模型设置

本文指的场结构大小Guangzhou-Foshan-Jiangmen广东省高速公路在中国,自主研发的模型箱是用来进行模型实验的烟气传播25:1(实际大小:模型大小)。模型箱主要由以下部分组成:一个装载框(回填层),挡土墙,挡土墙的位移控制系统上加载系统和测量系统(如图2)。

2.1.1。扶壁式挡土墙墙和回填层

采取现场扶壁式挡土墙墙结构的大小作为参考原型,扶壁式挡土墙墙的大小与25烟气传播模型设计:1(实际大小:模型大小)(如图3)。此外,模型的设计尺寸箱子和装框 ( )和 ( ),分别。在装运箱,投原位轻质泡沫混凝土层和砂层填料层从上到下。挡土墙后面的两个包装层的厚度可以调整根据测试需求。

2.1.2。传感器分布

为了揭示扶壁式挡土墙墙的应力和变形特性在不同条件下用轻质泡沫混凝土回填,17日土压力细胞和3盘指标被埋在不同海拔高度的挡土墙模型,分别监视墙侧向土压力和位移在测试。

ly - 350系列应变式微型土压力传感器选择测量的挡土墙侧向土压力测试。其中,3土压力细胞被安排在盘子底部,编号1到3,和距离墙趾板的边缘是4,13日和22厘米;4细胞被埋在里面的垂直土压力墙,编号4到7,和距离墙的顶部,14日,23日,32厘米;5土压力细胞被安排在左边面临的土壤表面支撑;压力表面是垂直于水平面,编号8到12,和距离墙的顶部是6,13日,20岁,27岁,和34厘米;5细胞被埋土压力支撑井壁的右边,编号13到17日,距离墙的顶部是6日13日20日27日分别和34厘米。详细的埋土压力的位置细胞图所示4。

此外,3盘指标选择挡土墙的位移测量模型试验,是,分别安排在2的位置,16和32厘米的墙(如图5)。

2.1.3。加载系统和数据采集系统

上面的模型中加载系统主要由反应梁、液压千斤顶、混凝土砌块,钢铁承载板,支撑杆。测试,液压千斤顶与精密压力表被选中,可以直接应用所需的负荷和压力在任何时间。此外,杰克可以施加的载荷均匀地传送到包装层的承载板有足够的刚度。实验模型通过使用加载阶段加载方法,分为三个阶段。挡土墙的变形可以被认为是稳定的,当加载每个阶段的时间间隔是1 h和刻度盘读数的指标和对应的水平土压力细胞负荷应记录。

基于上述加载系统和传感器分布、动态数据收集的加载过程中动态采集系统。CM-1A-20数字静态应变仪由秦皇岛Xinheng电子科技有限公司有限公司是用作收集设备的测试。细胞连接的土压力采用全桥模式,和测量数据收集由计算机控制(如图6)。

2.2。模型试验方案

根据上述实验模型,通过实验室测试条件有限,三个因素的影响,包括表面负载、轻质泡沫混凝土的密度、厚度和替换轻质泡沫混凝土的应力和变形的扶壁式挡土墙墙用轻质泡沫混凝土回填被认为是。

Guangzhou-Foshan-Jiangmen高速公路的支持下,在车辆负载的情况下,顶部的均布荷载轻质泡沫混凝土路基表面约60.8 kPa据当地交通量和数值计算。考虑到三级加载方法的模型试验,14的过载(集中负荷),16日和18 MPa轻质泡沫混凝土层的顶部表面背后的挡土墙应用通过控制加载系统间隔1 h,分别。事实上,这些过载的前提下可以转换为统一的负载分别为61、69.484和77.969 kPa通过数值计算,这与实际工程相一致。

至于选择轻质泡沫混凝土的密度测试,发泡轻质混凝土粘贴密度为600,700,800公斤/米³用于铸造轻质泡沫混凝土层指的是现浇轻质泡沫混凝土的密度700公斤/米³在实际的工程。此外,根据扶壁式挡土墙的高度模型,替代轻质泡沫混凝土层的厚度为0.22,0.28,和0.40米进行测试,选择和相应的砂层的厚度是0.18,0.12,0 m。

为了更准确地揭示了力和扶壁式挡土墙墙的变形特征与轻质泡沫混凝土回填,法律改变单因素的影响产生的土压力的合力点挡土墙进行了研究首先通过单因素正交试验。然后,使用区间分析方法,主要和次要关系每个因素的影响程度的力和变形多因子正交试验分析了挡土墙。

单因素正交试验方案如表所示1、复因子正交试验方案如表所示2。

2.3。材料、混合比例和属性

作为一种新型的人造轻质水泥材料,轻质泡沫混凝土是首先由物理方法从发泡剂进入泡沫,泡沫是混合的水泥浆在一定比例搅拌均匀,最后,硬化的物理力学效应。轻质泡沫混凝土的制备过程如图7。

摘要轻质泡沫混凝土生产控制下的OPC(42.5),水,发泡剂在不增加总或修饰符。中国人的基础上技术规范为现浇轻质泡沫混凝土路基的设计和施工(TJG F10 01 - 2011)[30.和之前的测试结果31日,32),最合适的水/固体比轻质泡沫混凝土在这种条件1:2.0相比之下的表演;轻质泡沫混凝土的混合比例和目标密度为600,700,800公斤/米³如表所示3。据中国技术规范为现浇轻质泡沫混凝土路基的设计和施工(TJG F10 01 - 2011)[30.)和中国土壤对公路工程的测试方法(JTG e40 - 2020)[33),轻质泡沫混凝土的主要性能指标和沙子是以表4和5,分别。

从表中的结果可以看出4,目标轻质泡沫混凝土的密度的增加,湿容重、抗压强度、抗弯强度、CBR的轻质泡沫混凝土逐渐增加,但其流值和吸水率逐渐降低。根据技术规范为现浇轻质泡沫混凝土路基的设计和施工(TJG F10 01 - 2011)[30.),轻质泡沫混凝土的主要性能指标表4满足相关的要求,这意味着可以使用轻质泡沫混凝土的填充模型。

此外,结果在表5表明,砂的不均匀系数大于5,其曲率系数在1和3之间。这表明砂级配,因此可以用作填料的模型。

3所示。结果与讨论

3.1。单因素正交试验的结果

首先,基于单因素正交试验方案表1过载的影响,轻质泡沫混凝土的密度,和更换厚度轻质泡沫混凝土的应力和变形特性扶壁式挡土墙墙用轻质泡沫混凝土回填进行了分析和讨论,分别在这一节中。

3.1.1。超载的影响

根据正交试验方案表1的过载14、16和18 MPa是用于回填的表面以通过使用杰克在保持的前提下轻质泡沫混凝土的密度和替代深度不变。

不同过载侧向土压力的影响,在不同海拔高度的挡土墙墙位移模式充满了轻质泡沫混凝土呈现在图8,这表明,超载有很大影响挡土墙的土压力充满了轻质泡沫混凝土;同一位置的土压力增加而增加的过载,但这并不改变土压力的分布规律相同位置的挡土墙。这种效果是由于较大的过载轻质泡沫混凝土的表面,更大的压缩力回填和挡土墙,这反映在挡土墙的土压力就越大。

相比之下,土压力的大小和分布形状在不同位置的挡土墙在图8,可以看出,在相同的过载,土压力的大小和分布形状随不同位置的挡土墙。至于土压力的分布形状相同的过载,底部压应力并不是三角形或梯形分布,但在一个凸形状的“中间大两边和小”,这表明有一个峰值点的基础底板的中间压应力。然而,土压力提供了一个“R”沿高度分布形状的墙内的垂直墙和侧壁的支持。即土压力增加,然后减少沿着轻质泡沫混凝土层深度,但沿着砂层深度土压力突然增加,显示一个线性增长,这可能是由于太大区别两个填充层的重力。在计算土压力,填料的引力影响土压力的大小是一个重要的因素,和地球的重力压力增加而增加。砂的密度约为2.5倍严重轻质泡沫混凝土,所以这两个填充层的土压力分布提供了一个“R”作为一个整体。此外,地球面临的土壤表面的压力支持提供了一个“D”沿着墙的高度分布的形状,也就是说,地球压力墙深度的增加逐渐增加,达到最大值两个填充层交界处,但砂层的土压力迅速降低,这可能是由于拉应力拱的根源。

另一方面,侧向土压力的大小随位置的挡土墙在同样的过载。14的过载MPa为例,从图可以看出8最大土压力的内部垂直墙和面临的土壤表面支持6.10和7.88 kPa,分别在地球压力的侧壁支撑显然是较小的,最大值为3.95 kPa。原因是支撑井壁的不顺利,导致两个桥墩之间的土拱效应在水平方向。由于这些土拱的存在,大部分的侧向土压力拱墙的背后是传播,导致拱上的土压力大于侧壁上的支撑,减少挡土墙面板上的侧压力。

图9显示了挡土墙的位移变化与轻质泡沫混凝土回填不同过载下沿墙的高度,“-”图9表明,挡土墙远离填充方向,在以下文本和“-”是一样的意思,所以它不是在以下文本描述。

可以看到从图9在同一深度的增加,墙位移逐渐在连续加载的过程中,增加墙的顶部的位移大于底部的墙,这表明,超载对顶部的位移影响更大的墙。从图中所示的结果9,挡土墙的位移变化规律基本上是不同过载条件下相似,也就是说,挡土墙的水平位移减小线性增加的挡土墙的深度。墙的顶部的水平位移大于底部,这说明了挡土墙不仅绕墙的底部,也远离墙背后的土壤。因此,它表明的位移模式与轻质泡沫混凝土挡土墙回填是一个“RBT”模式在实际的项目。

3.1.2。轻质泡沫混凝土的密度的影响

在这项研究中,轻质泡沫混凝土的密度与目标600,700,800公斤/米³用作回填扶壁式挡土墙墙后面。条件下的过载和轻质泡沫混凝土替代厚度不变,测试结果挡土墙的土压力分布规律在不同密度下轻质泡沫混凝土如图10。

测试结果相比的数字8和10,可以看出没有显著差异的分布形状在不同位置的挡土墙土压力的影响下过载或轻质泡沫混凝土的密度。换句话说,类似于土压力的分布形状图8,图10表明基础压应力仍然是分布在一个凸形状的“中间大两边和小”,和地球面临的土壤表面的压力仍然支持提供了一个“D”形分布沿墙的高度,和土压力仍然提供了一个“R”分布沿墙的高度都在内部的垂直壁和侧壁的支持。

然而,通过对比最大的值在每个位置的挡土墙侧向土压力数据8和10,可以发现,两个因素有不同影响侧向土压力的大小与轻质泡沫混凝土挡土墙回填。显然,侧向土压力的大小在同一位置下过载的影响大于,在轻质泡沫混凝土的密度的影响。因此,可以得出结论,超载对力量有更大影响的性能与轻质泡沫混凝土挡土墙回填,而轻质泡沫混凝土的密度的影响。

此外,在图的结果10在同一位置显示,土压力随轻质泡沫混凝土的密度的增加,但这不会改变的分布规律,在相同位置的挡土墙土压力,这是类似于超载的影响。因此,可以得出结论,这两个两个因素只能改变这个挡土墙的土压力的大小,但不能改变其分布形状。

挡土墙的位移变化与轻质泡沫混凝土回填沿墙的高度在不同密度下轻质泡沫混凝土如图11。

如数据所示9和11,这个挡土墙的位移影响轻质泡沫混凝土的密度和过载的影响相比,但挡土墙的水平位移变化规律由这两个因素是相似的。条件下,轻质泡沫混凝土的密度保持不变,挡土墙的位移减小线性增加的填充深度。然而,随着轻质泡沫混凝土的密度增加,在同一深度墙的位移会略有增加。根据测试结果数据9和11,值得注意的是,挡土墙的位移很小,当使用轻质泡沫混凝土挡土墙后面的回填,远小于主动土压力在正常所需的位移(0.004 , 挡土墙的高度)。原因是轻质泡沫混凝土具有良好的独立的后固化,它几乎没有推力在固化后的挡土墙。因此,使用轻质泡沫混凝土作为背后的回填挡土墙可以显著降低挡土墙的变形在实际工程。

3.1.3。替代轻质泡沫混凝土厚度的影响

基于扶壁式挡土墙墙的高度模型,与目标替代轻质泡沫混凝土的厚度0.22,0.28,和0.40米是用来投轻质泡沫混凝土层在挡土墙后面,而对应的砂层的厚度是0.18,0.12,0 m,分别。的前提下保持过载和轻质泡沫混凝土的密度不变,替代轻质泡沫混凝土厚度的影响在不同位置的挡土墙的土压力图12。

不同于过载和轻质泡沫混凝土的密度的影响,它可以清楚地看到从图12,两种挡土墙的土压力的大小及其分布规律发生了重大的变化,当使用不同的替代轻质泡沫混凝土作为回填厚度的模型试验。底部压应力仍然是分布在一个凸形状的“中间大两边和小”,它的增加逐渐减少置换深度以来轻质泡沫混凝土轻质泡沫混凝土的密度大约是1/3的填充。

至于土压力分布在内部的垂直墙或侧壁的支持,三个不同的替代轻质泡沫混凝土的厚度对应三种不同的挡土墙土压力分布特征。当更换厚度0.28米(后面的部分回填轻质泡沫混凝土墙),土压力仍然提供了一个“R”分布的形状,这是与前面的分布规律一致,在同样的条件下。当更换的厚度0.22米,地球压力呈现先增加然后减少,但这并不代表土压力的分布规律在这种情况下,因为只有两个土压力传感器埋在轻质泡沫混凝土层与目标厚度0.22米的模型,和土压力的分布规律是由至少三个传感器。然而,随着厚度的增加,当替代轻质泡沫混凝土的厚度是0.40米(墙背后的填土都是轻质泡沫混凝土),地球的压力提供了一个“D”分布形状,外侧附近的底部挡土墙土压力逐渐降低,和弯曲出现,这可能是由于底板的约束的挡土墙。

此外,地球面临的土壤表面压力分布的支撑,挡土墙侧向土压力的分布作为一个“D”沿深度分布形状的墙部分充满泡沫轻质土时,它是与前面的分布规律一致,在同样的条件下。然而,土压力分布近似线性增加当所有充满了轻质泡沫混凝土,这意味着回填都充满了轻质泡沫混凝土层,和没有填充物之间的密度差异。

综上所述,可以得出结论,替代轻质泡沫混凝土的厚度有很大影响的应力特点这个挡土墙。因此,它是非常重要的,选择合适的替代轻质泡沫混凝土的厚度在实际工程回填。

图13显示了替代轻质泡沫混凝土厚度对挡土墙的位移。从图可以看出13挡土墙的位移可以减少大约线性随着挡土墙的深度增加,这表明挡土墙的顶部的位移是最大和挡土墙的位移在底部是最小的。此外,替代轻质泡沫混凝土厚度的增加,挡土墙在同一点的位移逐渐减小,这表明增加替代轻质泡沫混凝土的厚度在一定范围内有利于提高挡土墙的稳定性。

3.1.4。建立回归方程

为了进一步揭示合成土压力的大小之间的关系,合力的挡土墙,以上三个因素,在地球内部的垂直压力墙为例,由此产生的土压力合力点的挡土墙,分别装有不同影响因素基于上述测试结果。相应的拟合方程建立在表6,这在实际工程提供参考。

结果显示在表中6,这是非常方便的获得产生的土压力的合力点这个挡土墙模型通过以上拟合方程,以及相应的索引可以转换在实际工程的规模25:1(实际大小:模型大小)。

另一方面,通过以上拟合方程在表6和25的规模:1(实际大小:模型大小),我们可以推断出适当的施工参数或设计参数的泡沫轻质土挡土墙后面的回填在实际工程中,为建设具有重要的指导价值和设计类似的项目。

例如,结论前面所提到的,替代轻质泡沫混凝土的厚度有很大影响挡土墙的应力和变形特征,这说明选择合适的替代轻质泡沫混凝土作为回填厚度是在实际工程的关键。合适的替代轻质泡沫混凝土层厚度在墙后面可以在表由拟合方程6。根据挡土墙的土压力理论,土压力值越小,挡土墙的稳定性越好。因此,结合拟合方程(5号)在表6的大小,以合成的挡土墙土压力作为控制标准,当更换厚度的轻质泡沫混凝土模型试验是0.346 m,合成的大小挡土墙的土压力是最小的。然后,通过25的比例:1(实际大小:模型大小),它可以计算出合适的替代轻质泡沫混凝土厚度扶壁式挡土墙墙背后的支持项目约8.7。

3.2。复因子正交试验的结果

通过分析上述单因素试验结果,侧向土压力分布和扶壁式挡土墙墙的变形特征与轻质泡沫混凝土回填单因素。为了进一步研究多个因素的综合影响挡土墙的应力和变形特性,将地球内部的垂直压力墙为例,三个因素的主次关系影响程度上的力和变形与轻质泡沫混凝土挡土墙回填利用区间分析方法进行了分析。

计算每个因素的范围由方程(1):

根据复因子正交试验方案表2,相应的土压力合力和合力点的挡土墙计算模型试验,和区间分析方法用于分析测试结果根据多种因素(如表所示7和8)。

从表可以看出7和8、土压力合力和合力点会改变任何影响因素的水平改变时,改变的程度与不同影响因素的差异很大。此外,三个影响因素,包括过载,轻质泡沫混凝土的密度,和更换轻质泡沫混凝土的厚度,维持相互独立、相互制约关系的过程中影响的应力和变形特性与轻质泡沫混凝土挡土墙回填。

结果显示在表中7,三个因素序列的范围合成挡土墙的土压力如下: > > 。换句话说,它可以得出结论,主要和次要关系三个因素的影响程度上的机械特征充满轻质泡沫混凝土挡土墙如下:过载>轻质泡沫混凝土的密度>替代轻质泡沫混凝土的厚度。

另一方面,从表中的结果可以看出8序列三个因素的合力点的范围如下: > > 。因此,主要和次要关系三个因素的影响程度的合力点充满轻质泡沫混凝土挡土墙如下:替代轻质泡沫混凝土的厚度>轻质泡沫混凝土的密度>过载。

4所示。结论

摘要规模实验模型背后的回填扶壁式挡土墙墙充满了轻质泡沫混凝土建立研究不同因素下的力和变形特性。基于实验结果和数值计算的研究调查,以下研究结果可以得出:(我)土压力的大小和分布特征随不同位置的挡土墙回填与轻质泡沫混凝土在不同因素(2)有相似和不同的机械特性扶壁式挡土墙墙回填与轻质泡沫混凝土在不同影响因素下的模型试验:这两个两个因素(过载和轻质泡沫混凝土的密度)只能改变这个挡土墙的土压力的大小,不能改变其分布规律;但是这两种土压力的大小和分布形式的挡土墙的影响下改变了不同替代轻质泡沫混凝土的厚度(3)之间有良好的线性关系挡土墙的位移充满轻质泡沫混凝土和每个因素:挡土墙的水平位移增加而增加过载或轻质泡沫混凝土的密度,同时减少的增加替代轻质泡沫混凝土的厚度(iv)通过回归分析,回归方程的合成土压力的合力点挡土墙在每个单因素,确定合适的替代轻质泡沫混凝土厚度扶壁式挡土墙墙背后的支持项目约8.7(v)通过区间分析方法,结果表明,伯仲的关系三个因素的影响程度上挡土墙的土压力合力与轻质泡沫混凝土回填如下:过载>轻质泡沫混凝土的密度>替代轻质泡沫混凝土的厚度,而伯仲关系三个因素的影响程度上这个挡土墙的合力点如下:替代轻质泡沫混凝土的厚度>轻质泡沫混凝土的密度>过载

缩写

:	正交试验水平
:	正交试验因素
:	因素的总和测试结果在层次
:	过载
:	轻质泡沫混凝土的密度
:	替代轻质泡沫混凝土的厚度
:	合成土压力
:	的合力
:	最终合成土压力的平均值时,索引的列在水平( ,2、3)
:	列的索引 ,定义为 ,( ,2、3)
:	平均值的最后一点合力时,索引的列在水平( ,2、3)
:	列的索引 ,定义为 ,( ,2、3)。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本文从项目获得资金(2016 yfc0802203和2017 yfc0805300)由中国国家重点研发项目。

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