振动疲劳对固化盐渍土抗压强度的影响

5.5.1　振动疲劳对固化盐渍土抗压强度的影响

固化盐渍土作为高速公路路堤，其上的交通荷载对路堤土将会产生不同频率、幅值和作用历时的循环压缩疲劳作用，引起强度降低。因此通过测试固化盐渍土的原始强度及压缩疲劳作用后的强度变化，探寻SH固土剂在固化盐渍土的抗压强度、抗拉强度及振动疲劳中的作用。

1．试验参数的选择

(1)文献^［12］认为，荷载振幅和荷载频率直接影响着水泥固化盐渍土的疲劳寿命，但荷载振幅比荷载频率对疲劳寿命的影响要大得多，试样在循环荷载作用下的变形特性明显受试验中应力幅值的制约。事先进行了150mm×150mm×150mm立方体固化盐渍土试样的抗压试验，其破坏荷载为14 kN。考虑到路堤填土位于底基层之下，路面上的荷载引起的附加应力有所衰减，同时使压缩疲劳加载过程中不破坏试样来进行试验力的参数选择。选定试验力的参数为:力平均值7 kN，幅值2 kN。

(2)汽车的振动频率取决于行驶速度和车身长度，一般为5～10 Hz，波形大致为正弦波。鉴于路堤所受的疲劳荷载应力和振动能量衰减，振动频率会有所降低，选定试验频率为5 Hz，加载形式为无间歇时间的正弦波，同期记录疲劳期间应变和破坏时的总应变。

(3)文献^［13］提出，循环荷载幅值、循环荷载差、循环荷载率、循环荷载频率、循环荷载波形等对岩石不可逆变形的发展都有一定的影响。和岩石相比，固化盐渍土属于半塑性材料，宜重点研究压缩疲劳次数下的试样抗压强度变化规律。选择的压缩疲劳次数分别为10×10³、20×10³、30×10³、40×10³和50×10³次。

2．试验结果

试验在中国科学院武汉岩土力学研究所研制的RMT—150岩石试验机上进行。将150 mm×150 mm×150 mm的试样养护4周后，进行预定疲劳次数的正弦波加载疲劳试验及疲劳后的抗压强度试验。试验结果见表5.20、表5.21和图5.27、图5.28。

表5.20　石灰固化盐渍土正弦波加载疲劳后的抗压强度试验结果

表5.21　SH固土剂+石灰固化盐渍土正弦波加载疲劳后的抗压强度试验结果

图5.27　盐渍土+ 8%石灰固化盐渍土振动疲劳后抗压强度变化曲线

图5.28　盐渍土+ 8%石灰+ 4% SH固土剂固化盐渍土振动疲劳后的抗压强度变化曲线

文献^［14］研究了石灰固化土作为高速铁路路堤填料的疲劳特性，提出对于塑性破坏可按疲劳期间5%应变的振动次数作为固化土的疲劳破坏振次;对脆性破坏可按疲劳期间应变随循环次数的突变点作为疲劳破坏振次。振动疲劳引起了两种固化盐渍土抗压强度的下降，两种固化盐渍土疲劳期间的应变都没有超过5%，而30×10³次却是应变陡增、强度下降的一个起始点。文献^［12］对水泥固化土的疲劳试验也证实，33×10³次是试样变形速率明显增加的一个转折点。

随疲劳次数的增加，石灰固化盐渍土疲劳期间的应变在增加，而破坏时的总应变在降低，说明抗压试验期间的应变减小了，试样在很小的压缩应变下快速破裂，呈现脆性破坏。也显示出石灰固化盐渍土在疲劳期间的孔隙压密和微裂纹的增加。

随疲劳次数的增加，SH固土剂+石灰固化盐渍土疲劳期间的应变在增加，而破坏时的总应变基本不变，证明了掺加SH固土剂的固化盐渍土在疲劳期间的应变大部分为弹性变形，产生的微裂纹和孔隙压缩量大致相同，也显示了SH固土剂对土颗粒的塑性连接和孔隙封闭作用。

正弦波振动疲劳作用使石灰固化盐渍土和SH固土剂+石灰固化盐渍土的抗压强度均有降低，但后者疲劳后的抗压强度略高于前者。30×10³次振动循环是其变形量增加、强度下降的另一个起始点。