粉煤灰摻量對(duì)含黏粒粉砂土力學(xué)性能影響

崔高航，席 晨，程 卓，劉志強(qiáng)，馬淑賢

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

在中國東北地區(qū)，路基與路堤填土中均分布著大量的粉砂土。粉砂土其顆粒組成主要是粉粒和砂粒，由于粉粒比表面積小、存在著細(xì)小孔隙、具有強(qiáng)烈的毛細(xì)特性等特點(diǎn)，時(shí)常達(dá)不到路基工程的強(qiáng)度要求[1]，因此對(duì)粉砂土進(jìn)行改良具有重要的意義。

目前中外相關(guān)學(xué)者對(duì)改良土的力學(xué)特性研究有了一定的進(jìn)展，李長雨等[2]對(duì)橡膠顆粒改良粉煤灰土的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行分析比較，得出了不同橡膠顆粒摻量對(duì)改良土抗剪強(qiáng)度度的影響規(guī)律。吳燕開等[3]使用鋼渣粉與水泥組合改良膨脹土，研究改良膨脹土在干濕循環(huán)條件下的強(qiáng)度特性變化規(guī)律，結(jié)果表明：鋼渣粉-水泥改良膨脹土的改良強(qiáng)度大于水泥改良膨脹土與鋼渣粉-水泥-NaOH改良膨脹土。高中南等[4]對(duì)粉煤灰改良飽和黃土的彈性模量和阻尼比進(jìn)行了擬合分析，確定了改良飽和黃土中粉煤灰的最佳摻量。張德恒等[5]通過室內(nèi)直接剪切試驗(yàn)，研究了膨脹土及秸稈灰渣改良土的抗剪強(qiáng)度特征，確定了膨脹土的抗剪強(qiáng)度隨著灰渣含量的增加而增加，灰渣含量為17%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大值。喬京生等[6]對(duì)不同摻量的?；郀t礦渣微粉(GGBS)固化淤泥質(zhì)土進(jìn)行了動(dòng)三軸試驗(yàn)和SEM試驗(yàn)分析，確定了改良土中GGBS的最佳摻量。馬卉等[7]為了獲得水泥改良后粉質(zhì)黏土凍結(jié)強(qiáng)度的變化規(guī)律，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了不同水泥摻量條件下不同齡期改良粉質(zhì)黏土的凍土強(qiáng)度測(cè)試,得出了當(dāng)水泥摻量小于5%時(shí)，摻入水泥對(duì)凍土單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量的提高作用不明顯的結(jié)論。高洪梅等[8]對(duì)聚苯乙烯泡沫顆粒輕質(zhì)(EPS)混合土的動(dòng)力特性進(jìn)行了分析，提出了EPS混合土的骨干曲線、彈性模量、阻尼比的模型。魏海斌等[9]對(duì)凍融循環(huán)后摻量為33%的粉煤灰土和素土的動(dòng)力特性進(jìn)行了對(duì)比分析。孫樹林等[10]利用廢棄輪胎膠粉對(duì)膨脹土進(jìn)行改良，得出了不同比例的廢棄輪胎膠粉對(duì)改良土的抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律。葛菲等[11]通過對(duì)黃土中摻入水泥、硅微粉作為改良材料進(jìn)行黃土改良，發(fā)現(xiàn)兩種材料同時(shí)添加的效果要優(yōu)于單獨(dú)摻加一種材料改良處理黃土的效果，并且當(dāng)硅微粉摻入比為10%時(shí)，改良土的強(qiáng)度提高最為明顯。郭鑠[12]采用稻殼灰(RHA)和電石渣(CCR)復(fù)合膠凝材料對(duì)3膨脹土進(jìn)行改良，得出了使土體無側(cè)限強(qiáng)度最高的RHA-CCR摻量。

為了降低工程建設(shè)的成本，大多實(shí)際工況中常采用石灰、水泥、粉煤灰[13]或有機(jī)纖維等來改善粉砂土性質(zhì)，而其中粉煤灰作為一種常見的工業(yè)廢料，和上述提到的其他材料相比，價(jià)格低廉，易得，自重小，強(qiáng)度高并且屬于工業(yè)廢料，所以利用粉煤灰對(duì)粉砂土進(jìn)行改良，以積極響應(yīng)國家綠色發(fā)展的戰(zhàn)略安排。

現(xiàn)利用全球數(shù)字系統(tǒng)(global digital systems,GDS)標(biāo)準(zhǔn)型動(dòng)態(tài)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)5種配合比下的粉煤灰改良飽和粉砂土進(jìn)行直剪試驗(yàn)，分析討論了粉煤灰摻入量對(duì)土體抗剪強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角、黏聚力的影響；并通過動(dòng)三軸試驗(yàn)對(duì)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，彈性模量，阻尼比的關(guān)系進(jìn)行回歸分析，得出一定條件下僅考慮粉煤灰摻量影響的動(dòng)彈性模量經(jīng)驗(yàn)公式和阻尼比經(jīng)驗(yàn)公式。最后，通過電鏡掃描，對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析解釋，比較得出改良土中的最佳的粉煤灰摻量，以期為東北地區(qū)粉砂土改良以及工程建設(shè)提供理論依據(jù)和參考建議。

1 試樣制備及試驗(yàn)方法

1.1 粉砂土與粉煤灰性質(zhì)指標(biāo)

試驗(yàn)所用含黏粒粉砂土取自綏-大高速公路沿線，改良粉砂土所用的粉煤灰為哈爾濱市依蘭地區(qū)某粉煤灰廠的一級(jí)粉煤灰。根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40—2020)[14]所規(guī)定的試驗(yàn)方法對(duì)所取粉砂土進(jìn)行試驗(yàn)，通過土工基礎(chǔ)試驗(yàn)測(cè)得該類土各項(xiàng)物理性質(zhì)指標(biāo)(表1)。試驗(yàn)所用粉煤灰各項(xiàng)化學(xué)成分含量如表2所示。

表1 試驗(yàn)所用粉砂土主要物理性質(zhì)參數(shù)Table 1 The main physical property parameters of the silt soil used in the test

表2 粉煤灰化學(xué)成分以及含量Table 2 Chemical composition and content of fly ash

1.2 試樣制備

將試驗(yàn)用土先進(jìn)行烘干處理，烘干時(shí)間不小于8 h，溫度為110℃。烘干后，將其碾碎并利用振篩機(jī)進(jìn)行篩分，收集直徑小于2 mm的粉砂土，按粉煤灰摻量分別為0、5%、10%、15%、20% 5種配合比將粉煤灰與粉砂土混合后充分?jǐn)嚢杈鶆?，由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得素土最優(yōu)含水率為12.4%，在不同類混合土中加入對(duì)應(yīng)比例的蒸餾水拌和，并將配置好的濕土悶制24 h以上。待土樣悶制好之后，參考《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10001—2016)[15]設(shè)定壓實(shí)系數(shù)K=0.95，用以制備Φ61.8 mm×20 mm的標(biāo)準(zhǔn)直剪試件以及Φ39.1 mm×80 mm的動(dòng)三軸試件。之后將試件在真空環(huán)境下飽和24 h以上以達(dá)到95%飽和度，再養(yǎng)護(hù)24 h后分別進(jìn)行直剪試驗(yàn)和動(dòng)三軸試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 直剪試驗(yàn)

采用SDJ-Ⅱ 型應(yīng)變控制直剪儀在4種不同的豎向壓力下(100、200、300、400 kPa)，對(duì)5種不同粉煤灰摻入量的飽和粉砂土試件進(jìn)行直剪試驗(yàn)，剪切速率為0.08 mm/min，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，直到試件剪切破壞為止。

1.3.2 動(dòng)三軸試驗(yàn)

對(duì)試件進(jìn)行固結(jié)不排水動(dòng)三軸試驗(yàn)，試驗(yàn)參考《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123—2020)[16]，在土工實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。使用英國GDS公司標(biāo)準(zhǔn)型動(dòng)態(tài)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)ELDyn，儀器可施加的最大循環(huán)荷載為10 kN，荷載頻率范圍為1～5 Hz，最大圍壓為200 MPa。試驗(yàn)參數(shù)為振動(dòng)頻率f=1 Hz，圍壓采用50 kPa，采用正弦波加載的形式，試驗(yàn)數(shù)據(jù)由GDS自動(dòng)采集系統(tǒng)采集。

為使試件充分飽和，在加載前對(duì)試樣進(jìn)行反壓飽和與等壓固結(jié)，反壓飽和法中設(shè)置圍壓與反壓差值為20 kPa，等待B值經(jīng)過多級(jí)飽和后達(dá)到0.95后進(jìn)行等壓固結(jié)，當(dāng)軸向變形小于0.005 mm/5 min時(shí)，認(rèn)為試樣固結(jié)完成。本試驗(yàn)以多級(jí)循環(huán)加載方式輸入，以動(dòng)應(yīng)力5 kPa為一級(jí)，每級(jí)振動(dòng)為10個(gè)周期，每個(gè)周期采集100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，逐級(jí)遞增至土樣出現(xiàn)較大變形達(dá)到破壞標(biāo)準(zhǔn)為止。試驗(yàn)方案如表3所示。

表3 動(dòng)三軸試驗(yàn)方案Table 3 Dynamic triaxial test plan test plan

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 粉煤灰的摻入量對(duì)土體抗剪性能的影響

2.1.1 粉煤灰的摻入量對(duì)飽和改良粉砂土抗剪強(qiáng)度的影響

圖1為飽和改良粉砂土抗剪強(qiáng)度與粉煤灰摻入量的關(guān)系曲線，由圖1可知，在不同軸向壓力下，隨著粉煤灰摻入量的增加，土體抗剪強(qiáng)度均先增大后減小。根據(jù)圖1可知，當(dāng)粉煤灰摻入量為15%時(shí)，土體的整體抗剪強(qiáng)度均為最大。另外，當(dāng)粉煤灰摻入量為20%時(shí)，飽和改良粉砂土的抗剪強(qiáng)度卻小于素土的抗剪強(qiáng)度，說明飽和改良土的抗剪強(qiáng)度并不隨著粉煤灰摻入量的增加而一直增加，當(dāng)粉煤灰摻量過高時(shí)，反而會(huì)使試件的抗剪強(qiáng)度減小。

圖1 飽和改良粉砂土抗剪強(qiáng)度與粉煤灰摻量關(guān)系Fig.1 The relationship between the shear strength of saturated modified silt soil and the amount of fly ash

圖2 改良飽和粉砂土內(nèi)黏聚力和摩擦角與粉煤灰摻量關(guān)系Fig.2 The relationship between the cohesion and friction angle of the improved saturated silt soil and the amount of fly ash

2.1.2 粉煤灰的摻入量對(duì)飽和改良粉砂土抗剪參數(shù)的影響

圖2為改良飽和粉砂土內(nèi)摩擦角和黏聚力與粉煤灰摻入量關(guān)系曲線。由圖2可知，土體內(nèi)摩擦角和土體的黏聚力也具有先增加后減小的趨勢(shì)，當(dāng)粉煤灰摻量為15%時(shí)，土體內(nèi)摩擦角和黏聚力均達(dá)到最大值。因?yàn)橥恋目辜魪?qiáng)度τ由摩擦強(qiáng)度σtanφ和黏聚強(qiáng)度c共同組成，再次驗(yàn)證了飽和改良粉砂土中粉煤灰摻入量為15%時(shí)，土體抗剪性能達(dá)到最強(qiáng)。

2.2 動(dòng)應(yīng)力-動(dòng)應(yīng)變關(guān)系

圖3為5種不同摻入量的粉煤灰改良飽和粉砂土的動(dòng)應(yīng)力-動(dòng)應(yīng)變(σd-εd)變化曲線。

從圖3中可以初步判斷出：在不同的摻量的粉煤灰改良飽和粉砂土中，當(dāng)應(yīng)變較小時(shí)，σd-εd曲線近似線性增長，此時(shí)土體處于彈性變形階段。當(dāng)試樣出現(xiàn)較大應(yīng)變時(shí)，σd-εd曲線變彎并且σd-εd曲線的斜率開始減小，此時(shí)土體進(jìn)入彈塑性階段，應(yīng)力應(yīng)變曲線變?yōu)椤巴埂毙卧鲩L。隨著粉煤灰摻入量的增加，達(dá)到相同的動(dòng)應(yīng)變下，可以承受更大的動(dòng)應(yīng)力，并且σd-εd曲線的斜率也逐漸趨于定值，即σd-εd曲線的線性變強(qiáng)；但當(dāng)粉煤灰摻入量超過15%以后，不同粉煤灰摻入量的飽和改良粉砂土的σd-εd曲線有較大部分的重合，例如圖3中15%和20%粉煤灰摻入量對(duì)應(yīng)的σd-εd曲線，達(dá)到相同的動(dòng)應(yīng)變時(shí)所需要的動(dòng)應(yīng)力差別非常微小。

圖3 粉煤灰改良飽和粉砂土σd-εd曲線Fig.3 Curves of stress-strain of saturated fly ash improved silt soil

2.3 彈性模量

通過動(dòng)三軸試驗(yàn)可以采集得到軸向動(dòng)應(yīng)力σd與軸向應(yīng)變?chǔ)興的關(guān)系曲線。繪制出應(yīng)力應(yīng)變滯回圈曲線，采用式(1)計(jì)算滯回圈頂點(diǎn)連線的斜率即為土體的動(dòng)彈性模量Ed，并繪制出Ed-εd曲線如圖4所示。

圖4 粉煤灰改良飽和粉砂土Ed-εd曲線Fig.4 Curves of Ed-εd of saturated fly ash improved silt soil

(1)

式(1)中：Ed為動(dòng)彈性模量；σd為動(dòng)應(yīng)力；εd為動(dòng)應(yīng)變，在循環(huán)荷載作用下，分析粉煤灰改良飽和粉砂土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系?；贖ardin-Drnevich(H-D)雙曲線模型[17-18]，即

(2)

式(2)中：Edmax、σdmax分別為最大動(dòng)彈模量和最大動(dòng)應(yīng)力。

令a=1/Edmax，b=1/σdmax代入式(2)得

(3)

式(3)中：a、b為擬合參數(shù)。

聯(lián)立式(1)與式(3)有

(4)

(5)

由式(5)[19]可知,1/Ed與εd成線性關(guān)系。繪制出1/Ed-εd曲線(圖5)并基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析計(jì)算出最大動(dòng)彈性模量Edmax與擬合參數(shù)a、b的值(表4)，繪制出粉煤灰摻量對(duì)初始動(dòng)彈性模量的影響曲線如圖6所示。

從圖5中可以看出，不同粉煤灰摻入量的飽和改良粉砂土的1/Ed-εd曲線隨著粉煤灰摻入量的增加，曲線具有向上移動(dòng)的趨勢(shì)，并且彈性模量減小的速度也在變緩。當(dāng)粉煤灰摻入量超過15%以上后，曲線的初始位置開始小幅度向下移動(dòng)，對(duì)于粉煤灰摻入量較高為15%和20%的飽和改良粉砂土的1/Ed-εd曲線重合幅度較大。

圖5 粉煤灰改良粉砂土1/Ed-εd曲線Fig.5 Curves of 1/Ed-εd of saturated fly ash improved silt soil

表4 飽和改良粉砂土的最大動(dòng)彈性模量和擬合參數(shù)Table 4 Maximum dynamic elastic modulus and fitting parameters of saturated modified silt soil

圖6 粉煤灰摻量對(duì)初始動(dòng)彈性模量影響曲線Fig.6 Curve of influence of fly ash content on initial dynamic elastic modulus

從圖6和表4中可以看出，隨著粉煤灰摻入量的增加，Edmax也隨之增加，但粉煤灰的摻入量大于15%時(shí)，Edmax會(huì)開始減小，說明提高粉煤灰的摻入量對(duì)增強(qiáng)飽和改良粉砂土的穩(wěn)定狀態(tài)具有積極作用，體現(xiàn)為初始動(dòng)彈性模量的增加，但當(dāng)粉煤灰的摻入量達(dá)到某個(gè)量值以后，繼續(xù)增加粉煤灰的摻入量不會(huì)增強(qiáng)土體的穩(wěn)定狀態(tài)，反而會(huì)使改良粉砂土的穩(wěn)定狀態(tài)變?nèi)酢?/p>

2.4 阻尼比的計(jì)算

阻尼比是用來衡量飽和改良粉砂土對(duì)能量吸收能力的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。計(jì)算公式為

(6)

式(6)中：AL為滯回圈的面積；AT為應(yīng)力應(yīng)變最大值點(diǎn)、應(yīng)力應(yīng)變最大值點(diǎn)在應(yīng)變坐標(biāo)軸上的投影點(diǎn)與滯回圈中心點(diǎn)構(gòu)成的三角形面積。

圖7為不同粉煤灰摻入量的飽和改良粉砂土的D-εd曲線。從圖7中可以看出：隨著粉煤灰摻入量的增加，改良粉砂土的D-εd曲線有向下移動(dòng)的趨勢(shì)，曲線由原本的“凸”形增長逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轭惥€性增長。在達(dá)到相同的動(dòng)應(yīng)變時(shí)，阻尼比的變化量逐漸減小，并且當(dāng)粉煤灰摻入量較高，達(dá)到15%和20%時(shí)，在達(dá)到相同的動(dòng)應(yīng)變時(shí)，阻尼比的變化量小于3%。這說明了摻加粉煤灰可以有效地提升土體抵抗循環(huán)荷載的能力。但具有最佳的摻入比例，當(dāng)粉煤灰摻入比例超過最佳摻入比時(shí)，不會(huì)繼續(xù)增加土體抵抗循環(huán)荷載的能力。

對(duì)不同粉煤灰摻入量下的飽和改良粉砂土D-εd曲線進(jìn)行擬合，由于得到的較低粉煤灰摻量下飽和改良粉砂土的D-εd曲線線性較差，采用直線擬合明顯擬合度不高。結(jié)果表明圖7中的曲線都可以采用式(7)進(jìn)行擬合：

D=c(εd)d+e

(7)

式(7)中：D為阻尼比；c、d、e為模型參數(shù)。

圖7 飽和改良粉砂土D-εd曲線Fig.7 Curves of D-εd of saturated fly ash improved silt soil

表5為不同摻入量的飽和改良粉煤灰土的擬合參數(shù)。由表5中數(shù)據(jù)可知，飽和改良粉砂土阻尼比模型的相關(guān)系數(shù)均在0.99以上，說明各曲線與原數(shù)據(jù)的擬合的相關(guān)度良好，可以有效反映原數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。并且隨著粉煤灰摻入量的增加，參數(shù)c呈現(xiàn)出先增長后減小的趨勢(shì)，參數(shù)d持續(xù)增長，但當(dāng)粉煤灰摻入量達(dá)到15%后，參數(shù)d接近于1且不發(fā)生太大變動(dòng)，說明當(dāng)摻量達(dá)到15%和20%時(shí)，D-εd曲線的線性基本達(dá)到最強(qiáng)，繼續(xù)增加粉煤灰摻量并不會(huì)顯著增強(qiáng)D-εd曲線的線性。參數(shù)e持續(xù)增長，當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到15%和20%后，參數(shù)e不發(fā)生太大變動(dòng)。

綜上所述，飽和改良粉砂土中的粉煤灰的摻入量對(duì)土體的彈性模量Ed與阻尼比D具有顯著的影響，但是當(dāng)摻量超過15%后，最大彈性模量會(huì)開始減小，且阻尼比變化十分微小，建議實(shí)際路基工程中的飽和改良粉砂土中的粉煤灰摻量為15%以保證飽和改良粉砂土抵抗循環(huán)荷載的能力達(dá)到最強(qiáng)。

對(duì)模型參數(shù)a、b、c、d、e分別進(jìn)行回歸分析得出估算公式，結(jié)果如表6所示。

由表6可知各模型參數(shù)的估算公式與實(shí)際擬合模型的模型參數(shù)的相關(guān)系數(shù)均在0.98以上，說明各個(gè)估算公式可以較好地反映模型參數(shù)的變化規(guī)律。

表5 飽和改良粉土阻尼比擬合參數(shù)Table 5 Fitting parameters of damping ratio of saturated modified silt

表6 擬合參數(shù)估算公式Table 6 Fitting parameter estimation formula

將各個(gè)模型參數(shù)對(duì)應(yīng)的估算公式代入式(5)和式(7)，從而得出在此工況下只考慮粉煤灰摻量k的動(dòng)彈性模量經(jīng)驗(yàn)公式與阻尼比經(jīng)驗(yàn)公式。

彈性模量經(jīng)驗(yàn)公式：

(8)

阻尼比經(jīng)驗(yàn)公式：

D=(-16 103.9k3+2 606.5k2-10.6k+1.96)εd-96 k3+14.2 k2+4.4 k+0.32+3 432k3-

1 419.6k2+184.6k-7.5

(9)

3 微觀結(jié)構(gòu)分析

以15%摻量的粉煤灰改良飽和粉砂土為重點(diǎn)研究對(duì)象開展微觀機(jī)理研究，對(duì)粉煤灰摻量15%的飽和改良粉砂土和粉煤灰摻量為0的素土進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)試驗(yàn)。在圖8和圖9中可以看出，在100倍放大下，15%粉煤灰摻入量的飽和改良粉砂土表面相對(duì)平整，土樣表面裂縫和孔隙均較小。在500倍放大下對(duì)兩者微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比研究，可以看到在15%粉煤灰摻入量下的飽和粉砂土中存在“小球”。在1 000倍和2 000倍放大的SEM照片中，可以清晰地看到，素土的土顆粒成不均勻的塊狀并且大小不均勻，孔隙發(fā)育且骨架比較松散。在15%粉煤灰摻入量下的飽和粉砂土中，由于粉煤灰由遠(yuǎn)小于土顆粒直徑的粉末狀顆粒組成，在水化作用下土顆粒被粉煤灰顆粒包裹聚集，且有細(xì)小的粉煤灰顆粒填充土體孔隙使孔隙明顯減小，土體骨架增強(qiáng)并使土體強(qiáng)度提高。在一定范圍內(nèi)增加粉煤灰的摻入量對(duì)提高飽和粉砂土的強(qiáng)度有良好效果，但當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到某個(gè)限度后，土顆粒中的孔隙被粉煤灰顆粒填充較好，繼續(xù)增加粉煤灰的摻量會(huì)弱化土體骨架，導(dǎo)致土體抗剪能力有所削弱，并不會(huì)有效提高飽和粉砂土的強(qiáng)度。

圖8 素土SEM微觀結(jié)構(gòu)Fig.8 SEM microstructure of plain soil

圖9 15%粉煤灰摻量飽和改良粉砂土SEM微觀結(jié)構(gòu)Fig.9 SEM microstructure of modified silt soil saturated with 15% fly ash

4 結(jié)論

對(duì)比參考文獻(xiàn)[2，4，6，8-9]中對(duì)只改良土的動(dòng)力特性進(jìn)行研究、文獻(xiàn)[3，5，7]中只對(duì)改良土的靜力特性進(jìn)行研究，本試驗(yàn)同時(shí)對(duì)不同粉煤灰摻入量下的改良粉砂土的動(dòng)、靜力特性進(jìn)行了對(duì)比研究，綜合分析粉煤灰摻量分別對(duì)動(dòng)、靜力特性的影響，從而得出粉煤灰的最佳摻入量。在動(dòng)力特性方面，分析了粉煤灰摻入量與動(dòng)骨干曲線的趨勢(shì)規(guī)律，在D-H模型和與本試驗(yàn)契合度極高的式(7)擬合模型的基礎(chǔ)上，提出了此工況下粉煤灰摻入量k的彈性模量經(jīng)驗(yàn)公式和阻尼比經(jīng)驗(yàn)公式，可以對(duì)綏-大公路的路基設(shè)計(jì)和建設(shè)起到參考作用。

通過對(duì)5種不同粉煤灰摻入量的改良粉砂土在直剪試驗(yàn)、動(dòng)三軸試驗(yàn)和SEM試驗(yàn)中表現(xiàn)的力學(xué)特性進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析了粉煤灰摻入量對(duì)抗剪強(qiáng)度、動(dòng)骨干曲線、動(dòng)彈性模量、阻尼比和微觀結(jié)構(gòu)的影響，并分析得出以下結(jié)論。

(1)粉煤灰摻入量的增加可以有效提高飽和改良粉砂土的抗剪性能，且當(dāng)粉煤灰摻入量為15%時(shí)土體抗剪能力最強(qiáng)。

(2)提高粉煤灰摻入量，可以使飽和改良粉砂土的應(yīng)力應(yīng)變曲線的彎曲點(diǎn)靠后，并且土體在彈性變形階段可以承受更大的動(dòng)應(yīng)力，但粉煤灰摻入量超過15%后，應(yīng)力應(yīng)變曲線的線性不再發(fā)生顯著變化。

(3)粉煤灰摻入量的提高可以增強(qiáng)飽和改良粉砂土的穩(wěn)定狀態(tài)，在動(dòng)三軸試驗(yàn)中體現(xiàn)為土體初始動(dòng)彈性模量隨之增加，并且當(dāng)粉煤灰摻入量為15%時(shí)，土體的初始動(dòng)彈性模量最大。

(4)隨著粉煤灰摻入量的增加，飽和改良粉砂土抵抗循環(huán)荷載的能力顯著上升，但是當(dāng)摻量超過15%后，阻尼比變化十分微小。綜合考慮土體抗剪能力、阻尼比和初始動(dòng)彈性模量的變化，確定最佳粉煤灰摻入量為15%。

(5)掃描電鏡試驗(yàn)結(jié)果表明，15%粉煤灰摻入量的飽和改良粉砂土對(duì)比素土，存在顆粒緊湊，孔隙更小，結(jié)構(gòu)相對(duì)致密，骨架更強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。說明在一定限度內(nèi)摻加粉煤灰可以增加土顆粒的內(nèi)摩擦角，提高土體的抗剪切能力，從而有效提高土體強(qiáng)度。