农林工业副产品与水泥联合改良膨胀性黏土的力学性能及优化研究

《Scientific Reports》：Evaluating and enhancing the geotechnical properties of clay–wood ash and clay–sawdust composites using RSM and ANN

　　

摘要

本研究考察了以可持续农林工业副产品稳定膨胀性黏土的力学与岩土工程性能。实验程序评估了单独掺入木屑（WS）和木炭灰（WA）（掺量为2%至10%），以及将其与固定掺加2%的普通波特兰水泥（OPC）组合使用时的效果。综合实验室表征包括阿太堡界限、亚甲基蓝值、比重计分析及通过标准普罗克特试验确定的压实特性。通过直接剪切试验测定了黏聚力（c）和内摩擦角（Φ），并以加州承载比（CBR）和无侧限抗压强度（UCS）作为关键力学性能指标进行了评估。利用响应面法（RSM）和人工神经网络（ANNs）对土壤响应进行了建模。掺有8%木炭灰和2%OPC的配合比相对于未经处理的天然黏土基线显示出最大的力学改善效果，CBR提升了389.34%，UCS提升了335.50%，同时显著提高了抗剪强度参数。人工神经网络/遗传算法（ANN/GA）与响应面法/期望函数均能有效识别使CBR和UCS最大化的配合比，但ANN/GA提供了更高的预测精度和与模型最优解的更紧密一致性。这些研究结果支持将掺有木炭灰、木屑和OPC的优化黏土基生物复合材料用于可持续基础工程、土壤稳定和路基增强。