交通荷载下水泥改性赤泥基粉砂土动态特性研究及其工程应用价值

针对赤泥堆存污染和粉砂土工程性能差的难题，研究人员通过动态空心圆柱试验系统研究了水泥改性赤泥基粉砂土(C-RMS)在循环荷载下的动态应力-应变关系、累积塑性应变(εa)、动弹性模量(Ed)和阻尼比(ξ)演变规律，揭示了循环应力比(CSR)和扭剪应力比(η)对材料稳定性的阈值效应，为赤泥资源化利用和路基改良提供了理论支撑。

　　

随着我国氧化铝产业的快速发展，拜耳法赤泥的年排放量已突破亿吨规模，但其综合利用率不足10%。这种强碱性工业废渣不仅占用大量土地，其高盐分和重金属成分更对生态环境构成潜在威胁。与此同时，基础设施建设中广泛存在的粉砂土因颗粒级配差、水稳定性弱等问题，常导致路基沉降和路面病害。如何通过材料改性实现"以废治害"，成为当前岩土工程和环保领域交叉研究的焦点。

中原工学院的研究团队在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》发表的最新研究中，创新性地将水泥改性赤泥与粉砂土复合，采用动态空心圆柱仪模拟交通荷载工况，系统考察了循环应力比(CSR)、扭剪应力比(η)、振动频率(f)等参数对水泥改性赤泥基粉砂土(C-RMS)力学行为的影响。研究通过对比三轴应力路径与心形应力路径下的响应差异，首次揭示了主应力轴旋转对塑性应变累积的放大效应。

关键技术方法包括：1) 采用GDS动态空心圆柱系统实现复杂应力路径加载；2) 通过波形分析验证心形应力路径的加载精度；3) 建立ε_a-N双曲线模型描述累积塑性应变发展规律；4) 运用滞回曲线分析技术量化E_d和ξ的动态演变。

【应力波形分析】
实际输出应力波形与理论设计误差小于5%，成功构建了CSR=0.2-0.8、η=0.20-0.33的加载体系。心形路径下轴向应力σ_z与剪应力τ_zθ的相位差精确控制在90°，为后续分析提供可靠荷载条件。

【动态特性规律】

1. 当CSR>0.4时，ε_a发展速率突增，表明材料抗变形能力出现拐点；2) η值增大导致E_d衰减加速，且ξ与η呈反比关系；3) 高频荷载(f>1Hz)下试样表现出更强的变形抵抗力；4) 心形路径下的ε_a可达三轴路径的2.3倍，证实主应力轴旋转显著加剧塑性应变累积。

【工程启示】
该研究确立了CSR=0.4作为C-RMS路基设计的临界参数，建议通过控制η≤0.25来延缓E_d衰减。发现的心形路径累积应变放大效应，为评估车辆转弯段路基长期稳定性提供了新指标。研究成果不仅开辟了赤泥大宗量消纳的新途径，更为粉砂土地区路基动态设计建立了量化标准，对推动"无废城市"建设和交通基础设施可持续发展具有双重意义。