固结压力和粘结强度对微生物加固砂土力学性能影响的离散元研究

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微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)处理是提高弱软粘土的新技术,它具有环保的优点,近年来MICP加固土的研究方法方兴未艾。但是,目前研究中MICP样品通常在低应力状态下制备,然后再于单轴或三轴条件下进行测试。而实际中原位土,尤其是当深度较大时,在加固时是存在显著的固结压力。
  目前,固结压力对具有不同粘结强度的MICP砂的影响的尚未有系统的研究。本文主要采用离散元件法模拟MICP砂的单轴和三轴压缩试验。采用离散元软件PFC3D进行建立数值分析模型,并通过单轴试验的结果验证模型的正确性。试样会在不同固结压力下首先进行固结,而后颗粒间生成不同粘结强度,模拟MICP过程,最后进行单轴和三轴压缩试验。
  选取了峰值强度、残余强度、峰值应变、失效应变和峰值强度处割线模量表征MICP砂的特征,分析固结压力对不同粘结强度MICP砂的影响。此外,还分析了峰值应变和失效应变处的试样变形形态。研究发现,MICP砂的峰强度和残余强度随着粘结强度的增加而增加。但是,峰值强度处割线模量随着粘结强度的增加而减小,这主要是由于粘结强度的增加大幅度的提高了峰值应变。此外,随着固结压力的增加,峰值强度、残余强度、峰值应变、失效应变和峰值强度处割线模量均显著增加。因此在MICP砂土的测试中不可以忽略固结压力的影响。
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