电石灰固化土

5.8.3　电石灰固化土

1．单轴应力－应变特征

1)应力－应变曲线特征

通过电石灰固化土的无侧限抗压强度试验，得到单轴应力－应变曲线，见图5.75。

电石灰固化盐渍土属于弹塑性材料，曲线与坚硬土体的应力－应变曲线有十分相似之处，有明显的峰值应力出现。整个应力－应变曲线分为3个阶段。第一阶段是直线段，初始加载时，随着应变增大，对应的应力不断增大，在达到屈服应力之前，应力－应变关系接近于线性关系，但直线段很短。线性关系说明试样处于弹性变形状态，试样尚无明显的裂缝出现，原有裂缝被压密，变形可以完全恢复。第二阶段为材料的塑性屈服阶段，随着荷载的增加，试样出现了新的裂缝，原有裂缝也有所发展，由收缩变为膨胀，此时应变的增长速度大于应力的增长速度，应力应变关系明显地转为曲线，应力增大到峰值。第三阶段是破坏后阶段，应力下降，曲线的坡度变成负值。在试验的配比范围内，破坏应变大致在1.5%～5%之间，应力强度的变化范围在80～600 kPa之间。

图5.75　电石灰固化盐渍土单轴应力－应变曲线

2)电石灰掺加量对单轴应力－应变曲线的影响

电石灰掺加量不同，固化盐渍土中生成的水化物结晶程度不同，宏观上表现为固化盐渍土的应力－应变特性随电石灰掺加量增加而发生变化。图5.76为干密度1.58 g/cm³的不同电石灰掺加量的应力－应变曲线。

图5.76　不同掺加量的电石灰固化盐渍土的应力－应变曲线

电石灰掺加量变化，不会影响应力－应变曲线的类型，始终为应变软化型，但会改变曲线的形态。电石灰掺加量高，应力－应变曲线陡，初始弹性模量大，应力强度高，破坏应变小，约为2%，脆性破坏明显;电石灰掺加量低，曲线变缓，破坏应变变大，应变达4.5%左右，塑性变形明显。

3)干密度对单轴应力－应变曲线的影响

电石灰掺加量2%和10%，龄期7 d，不同干密度的应力－应变曲线，见图5.77。电石灰掺加量低，密度对应力－应变曲线的形态影响小，不同密度的应力－应变曲线几乎重合，电石灰掺加量2%的应力－应变曲线，虽然密度不同，但曲线基本上重合。电石灰掺加量高，密度对应力－应变曲线的影响明显，如电石灰掺加量10%的应力－应变曲线，密度大，强度高，初始弹性模量大;密度小，强度低，初始弹性模量降低，塑性变形变大，但破坏应变变化不大，在2.5%～3.5%之间。这些说明电石灰掺加量在应力－应变曲线形态的改变中作用明显。电石灰掺加量高，水化物生成量增加，固化土中的胶结作用明显增强，应力－应变曲线形态变化明显;电石灰掺加量低，胶结作用本身就比较弱，结晶盐颗粒相对增多，对胶结作用影响不明显，再加上结晶盐颗粒骨架作用的正面影响，应力－应变曲线形态变化不明显。

图5.77　最大干密度折减后的不同密度的电石灰固化盐渍土应力－应变关系曲线

(a)掺加量为2%(b)掺加量为10%

4)龄期对单轴应力－应变曲线的影响

随着养护时间的延长，固化盐渍土中的水化物不断增多，应力－应变曲线的形态也在不断变化。图5.78为电石灰掺加量2%和10%，不同龄期的应力－应变曲线。龄期对其变化规律的影响是一致的。龄期延长，弹性阶段的曲线变陡，即初始弹性模量增大，相应的峰值应力也增高，形态由平缓逐渐变为尖峰状，说明材料由塑性向脆性过渡，破坏应变减小。

图5.78　电石灰固化盐渍土不同龄期的应力－应变曲线

(a)掺加量为2%(b)掺加量为10%

2．三轴应力－应变特征

1)三轴应力－应变曲线特征

固化盐渍土的三轴应力－应变曲线如图5.79所示，具有非线性特征。主应力差(σ₁－σ₃)与轴向应变关系曲线初始阶段为直线，固化土处于弹性变形状态，当应力达到某一值(即屈服应力)后，应力－应变关系呈非线性，表明固化盐渍土存在塑性变形，这种变形关系说明，固化盐渍土变形具有非线性的特征。曲线也表明，固化盐渍土的总应变是由不同性质的应变组成的，总应变可分为弹性应变增量和塑性应变增量两部分。

图5.79　6%电石灰掺加量的固化盐渍土的应力－应变曲线

(a)UU试验(b)CU试验

2)影响三轴UU压缩试验应力－应变的因素

(1)电石灰的掺加量。将干密度为1.58 g/cm³、电石灰掺加量为2%和10%，龄期为7 d的固化盐渍土，进行三轴UU压缩试验，试验结果见图5.80和图5.81。对比不同电石灰掺加量的试样，初始模量与围压有密切关系，围压越大，初始模量越大;主应力差(σ₁－σ₃)随围压增大而增大。电石灰掺加量在一定范围内，不同围压作用下，固化盐渍土应力－应变曲线的类型没有发生改变。电石灰掺加量10%，相同围压时，主应力差(σ₁－σ₃)大，随围压增大而增大的幅度小，在应变接近2%时，主应力差相差很小;电石灰掺加量2%，相同围压时，主应力差较小，随围压变化的幅度稍大，电石灰掺加量对主应力差大小的影响明显，但对应力－应变曲线形态的改变不大。

图5.80　电石灰固化盐渍土的三轴UU压缩试验的应力－应变曲线

(a)掺加量2%，龄期7 d(b)掺加量10%，龄期7 d

(2)压实度。分别对压实度为90%、94%、100%，电石灰掺加量为6%，龄期为7 d的固化盐渍土，进行三轴UU压缩试验，其应力－应变曲线见图5.82。初始弹性模量随固化盐渍土的成样密度的增大而增大。对于相同应变情况下，最大主应力差(σ₁－σ₃)与试样的成样密度呈正比例关系。

图5.81　最大主应力差与电石灰掺加量的关系

图5.82　6%电石灰掺加量固化盐渍土试样的UU应力－应变曲线

(3)龄期。图5.83为密度1.58 g/cm³、电石灰掺加量10%、龄期28 d的三轴UU压缩应力－应变曲线。龄期28 d的应力－应变曲线随围压增大，初始弹性模量和主应力差增大，与龄期7 d的应力－应变曲线随围压的变化一致;应变较大时，则随围压增大，主应力差变大。

图5.83　电石灰固化盐渍土的UU应力－应变曲线

3)三轴CU压缩试验的应力－应变曲线

固结不排水三轴压缩试验结果见图5.84，不同围压时，最大主应力差与电石灰掺加量的关系见图5.85。随着围压不断增加，应力－应变曲线初始段的切线斜率在不断下降。

电石灰掺加量高，相同围压时的最大主应力差大;反之，最大主应力差小，二者近似为线性关系，围压不同时，主应力差与围压的变化趋势相同。密度变大，围压对初始弹性模量的影响变小，密度为1.69 g/cm³的试样，围压不同，初始弹性模量变化微小，在应变还比较小时，主应力差就开始随围压的增大而增大。龄期对固结不排水三轴压缩应力－应变曲线形态的影响不明显，主应力差和初始弹性模量随围压增大而增大。

三轴CU压缩试验的应力－应变特性与三轴UU压缩试验的应力－应变特性不同，主要是UU试验在围压施加的一瞬间，就开始剪切，没有孔隙水排出，而且剪切速率较快;CU试验则通过施加围压，排出试样中的水分，对试样进行固结，试样体积发生变化，固化盐渍土内部结构发生变化，剪切过程中，剪切速率较慢。

图5.84　电石灰固化盐渍土的CU应力－应变曲线

(a)掺加量2%，龄期7 d(b)掺加量6%，龄期7 d(c)掺加量10%，龄期7 d(d)掺加量2%，压实度96%(e)掺加量10%，龄期28 d(f)掺加量6%，龄期28 d

图5.85　电石灰固化盐渍土CU试验最大主应力差与电石灰掺加量的关系