摘要
我国幅员辽阔，土地资源丰富，其中膨胀土分布于我国二十多个省份，工程中很多铁路施工项目都会接触膨胀土路基。天然状态下膨胀土强度较高，土体密实，但膨胀土吸水性强，且吸水和失水后均会产生较大形变，久而久之土体不可恢复形变累积会产生土地开裂、滑坡等灾害，对工程施工造成极大安全隐患。磷尾矿含有多种金属元素，与膨胀土混合会产生胶结现象，有效改善膨胀土土体性能。介于此现象，本文将磷尾矿掺入膨胀土内进行改良，通过三轴试验检验改良效果，研究动静荷载作用下磷尾矿改良膨胀土土力学特性。 为确定磷尾矿对膨胀土的改良效果，本文将磷尾矿和膨胀土粉末按最佳含水率配比均匀混合到一起，击实制成试样，分别通过三轴试验和动三轴试验，改变围压和磷尾矿掺量，绘制应力-应变曲线和抗剪强度包线，研究改良土变形特性、抗剪强度以及改良效果，并对动三轴试验中生成的滞回曲线进行特征研究，分析改良土动力特性。 根据试样破坏程度可知三轴试验土样受到轴向应力挤压后中部发生鼓胀破坏，动三轴试样在循环荷载下不断振动，土颗粒间黏聚力降低，部分土颗粒会从表面脱落，试验结束后试样表面有明显开裂痕迹，而磷尾矿能有效提升膨胀土强度，使其在静荷载和动荷载作用下均能承受更多应力。通过应力-应变曲线可知增加围压可使土体被压密，减小土颗粒间相对滑移，对土体强度有一定程度提升，但效果没有掺入磷尾矿明显，且大幅施加围压的改良方法可行性不高。利用抗剪强度包线可得磷尾矿改良土的两项强度指标：黏聚力c和内摩擦角φ均高于原状膨胀土，根据库仑公式可知改良土的抗剪强度τ大于未改良膨胀土。 滞回曲线反应结构在反复受力过程中的变形特点、刚度变化及能量损耗，是确定应变回弹模型的基础。本文通过GDS动三轴试验，研究不同围压、加载频率、动应力幅值下磷尾矿改良膨胀土滞回曲线变化规律。采用滞回曲线中单个滞回圈面积S、滞回圈近似椭圆的长轴斜率k、滞回圈短轴与长轴之比α及单次循环的残余应变εp，结合循环荷载产生的应变进行定量研究。研究结果表明：膨胀土在循环荷载作用下的滞回曲线呈倾斜椭圆形，S和εp随动应变增大而增大，围压、频率增大使S和εp减小；k随围压、频率的增大而增大，而动应变的增加使k值减小；α随围压、频率的增大而减小。磷尾矿改良膨胀土较未改良膨胀土的S、α、εp值均增大，k值减小。 以上研究表明，磷尾矿对膨胀土静/动强度和恢复变形能力均有良好的改善效果，该改良土物理性质稳定，抗震能力强，且合理利用采矿废料，对工程施工和资源利用提供了经济可行的方案。
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