污泥、淤泥和黏性土的压缩特性对比试验研究

目前脱水污泥的含水率在80%左右,仍不能满足污泥后续填埋、焚烧、堆肥等处置要求,因此了解污泥的固结排水规律对于建立污泥脱水的基本理论、进一步提高脱水效果有重要意义。针对这个问题,对比分析了污泥、淤泥和一般黏性土的压缩特性和压缩系数;并通过离心试验研究污泥固结过程中的水分转化过程,提出污泥的三阶段排水规律猜想。结果表明:污泥的压缩特性有其自身的特殊性,其孔隙比大,压缩性大;且压缩曲线是曲线形式,不同于淤泥和一般黏性土的直线;污泥和淤泥的压缩系数非常大,且随着固结压力的增大压缩系数减小速率也非常大。污泥固结过程中不仅自由水的量发生明显减少,结合水的量也显著减少,其固结不仅存在类似淤泥固结过程中的孔隙排水,同时还存在其他形式的水分排出过程。污泥的固结排水可以分出明显的三个阶段,I阶段主要是孔隙排水阶段,II阶段是细胞水、孔隙水的混合排水阶段,III阶段主要是细胞水排水阶段。     

污水厂污泥固结特性研究

污水厂污泥难以脱水减量已成为污水处理行业的重要问题,机械脱水的本质就是污泥的固结排水过程,因此通过固结试验研究污泥的固结特性,对于进一步提高脱水效率具有重要意义。在固结试验过程中采用何种固结稳定判定标准,对污泥固结特性的研究具有非常重要的影响。通过对固结仪进行改进增加孔压计和位移传感器,对2种污水厂污泥和1种湖泊淤泥进行了试验,研究了他们固结特性的区别。结果表明:污泥的固结时间非常长,应将超净孔隙水应力消散到3%作为固结稳定标准;污泥的固结系数与渗透系数非常小,且随着固结压力的增大而减小非常明显。同时通过分析,认为污泥中存在的大量有机物絮体是造成污泥固结时间非常长、水分难以排出的主要原因。     

固化污泥固结渗透特性及孔隙变化试验研究

为了研究固化污泥在大变形固结过程中的渗透性特点,选用普通硅酸盐水泥(OPC)和硫铝酸盐水泥(SAC)作为固化材料,开展了14 d龄期重塑样和原状样的固结渗透试验,得到了固化污泥在不同应力条件下的压缩、渗透规律;通过不同固结压力下的离心试验,分析不同固结应力下固化污泥的孔隙组成.试验结果表明,20%添加量内,固化污泥压缩系数均在1 MPa-1以上,属于高压缩性土;固结应力在0~800 k Pa范围内时,固化污泥压缩系数随固结应力降低了两个数量级;固化污泥压缩、渗流过程存在明显非线性,在考虑渗透系数时,不适宜将渗透系数作为常数考虑;固化污泥固结过程中,大孔隙和中孔隙减少,而小孔隙反而增加,占总孔隙的50%以上.     

深圳湾海相淤泥的压缩特性研究

海相淤泥压缩特性的研究对于其地基处理沉降准确预估具有重要的实践意义。通过对深圳湾吹填淤泥与海相原状淤泥压缩曲线特征分析,对其压缩特性进行了对比研究,结果表明:1)吹填淤泥的e-P曲线不同于海相原状淤泥,压缩过程分为扰动压缩、弹性压缩、塑性压缩三个阶段,第一阶段压缩系数比海相原状淤泥大一倍以上;2)吹填淤泥的e-lgP曲线转折点对应的固结压力为结构强度,将曲线分为两近似直线;3)由吹填淤泥压缩曲线特征得到的地基沉降简化计算方法,无需事先确定先期固结压力,使用方便且简洁。     

浅谈软土地基的处理方法

在建筑工程和土木工程中,我们经常会遇到软土地基,地基中常见的软土,一般是指处于软朔或者流朔状态下的粘性土,习惯上常把淤泥、淤泥质土、软粘性土总称为软土。它具有天然含水率高(一般天然含水量在34%￣72%之间)、孔隙比较大(孔隙比在1.0￣1.9之间)、压缩系数高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、透水性差,并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质,工程地质条件较差,地基承载力低,不易满足建筑物地基设计要求,故需进行处理。     

粘性土应力路径试验

利用GDS多功能三轴仪,对南京河西地区原状粘性土进行了常规三轴压缩、减压三轴压缩和等p应力路径的固结不排水三轴试验,探讨不同应力路径下粘性土的变形和强度特性.实验表明：不同应力路径下土的应力应变关系都呈曲线形态相似的非线性应变硬化型,而土的峰值强度和土中孔隙水压力差异明显;相同应力路径试验得到的有效应力路径形态一致,常规三轴压缩试验中有效应力路径呈S形.     

废旧轮胎颗粒掺量对黏性土压缩特性的影响

通过压缩试验研究了废旧轮胎橡胶颗粒与黏性土混合土的压缩特性,及竖向压力、橡胶颗粒掺量对混合土各参数的影响。研究结果表明:混合土的压缩性介于黏性土与纯橡胶颗粒之间,在低掺量下呈现出中压缩性,而在高掺量下呈现出高压缩性;随竖向压力增大,混合土的孔隙比与压缩系数减小、压缩模量增大;随橡胶颗粒掺量增加,混合土的孔隙比与压缩系数均先减小后增大,且以30%掺量混合土的孔隙比与压缩系数最小,而混合土的压缩模量先增大后减小,当掺量为30%时,其值最大;掺入轮胎橡胶颗粒可使黏性土的固结速率提高400%,当橡胶颗粒掺量为30%~40%时,混合土的压实效果最好。     

填埋场固化污泥工程特性变化研究

深圳机场北污泥填埋场将作为机场扩建场地,其填埋的固化污泥将作为地基使用。对填埋场固化污泥进行了岩土工程特性研究,包括有机质含量、含水率、初始孔隙比、界限含水率、颗粒级配、微观结构、压缩固结特性以及抗剪强度等。结果表明:固化污泥的有机质含量、含水率、孔隙比都随着埋深的增加而减小,其中填埋后有机质含量的变化与污泥的降解程度有关,是含水率及孔隙比变化的内在原因;污泥的液、塑限高,液性指数大于1,表观状态却呈现固体状态;固化污泥是多孔隙介质,结构性较差;固化污泥是高压缩性和欠固结土,其固结系数基本与常规淤泥相近,且随固结压力的增加而显著增大,呈现典型的大变形固结特性;固化污泥原状土和重塑土的抗剪强度均随着埋深的增加而增加,其中,随着埋深的增加,原状土的抗剪强度从13.8 kPa增加至23.7 kPa,重塑土的抗剪强度从13.0 kPa增加至14.3 kPa,这与污泥结构强弱密切相关。     

抽水引起的有起始比降饱和土固结解析解

研究在有起始比降的弱透水层下大面积抽水而引起的一维固结问题,采用分离变量法,获得该工况下的一维固结解析解。讨论土中渗流移动边界的运动规律,得渗流发展到达土层顶部的时间因子与起始比降的关系曲线,分析考虑起始比降后土体的一维固结和沉降特性。研究结果表明:当起始比降大于一定值时,渗流不会发展到达土层顶部,此时,弱透水层由于抽水引起的固结最终压缩量将减小,且起始比降越大,最终压缩量越小;当固结结束时,土体中孔隙水压力沿深度分布曲线为折线;而当渗流能够发展到达土层顶部时,最终压缩量为一定值,与起始比降无关,土体中的孔隙水压力沿深度分布曲线为直线。     

天然沉积结构性土的EOP压缩特性

通过对天然沉积原状土和重塑土进行不同排水距离的固结试验,研究了重塑土和原状土的EOP压缩性状,明确了两者性状不同的原因.对于天然沉积结构性土,当固结压力小于结构屈服压力时,土结构性抵抗了土体的变形趋势,蠕动变形甚微,排水路径对其主固结应变量影响不大;当土体处于临界屈服状态时,土结构性丧失,大孔隙坍塌,蠕动变形速率骤增,外加应力引起固结作用而产生的EOP变形量将由于土体较大的蠕交作用而对排水路径产生较大的依赖性,随着固结压力的增大,依赖性逐渐减弱.对于重塑土,排水路径和应力水平对EOP性状的影响规律与原状土屈服后的性状一致,但是由于其EOP压缩曲线位于原状土的下方,相同有效应力下具有较小的孔隙骨架,排水路径和应力水平对EOP性状的影响程度较原状土小.     

南京盾构渣土工程特性及其微观结构

城市地铁建设将产生大量的盾构渣土,为探讨泥态废弃物的充分处理和资源化利用,本文以南京地铁盾构渣土为研究对象,进行无侧限抗压强度,侧限压缩和抗剪强度等室内试验得到其基本物理力学特性,分析其力学性质随风干天数增加的变化规律,并观测风干至恒重试样的微观结构形貌特点。结果表明：该区域盾构渣土成分主要以石英、方解石等为主,具有流塑性、天然含水率高和级配良好等基本物性特征,随着风干天数的增加,无侧限抗压强度不断增大,强度增量系数降低,压缩曲线的整体斜率增大,极限压应变前的压密阶段和屈服阶段的范围减小;压缩曲线在低压阶段能产生较大的压缩变形而高压阶段压缩变形有限,压缩性类别由高压缩性向中等压缩性转变;抗剪强度持续增大,内摩擦角增长幅度缓慢,而粘聚力增长幅度较急剧。微观结构表明试样具有大量的团聚体主要以边-面、面-面的形式接触,接触较为松散,外包颗粒,结构易发生错位移动,符合本文所测中高压缩性和低剪切强度特征。此研究成果能够为我国盾构渣土的再利用提供可靠的基础研究。     

掺污泥改性高水材料典型加载方式下的变形特征和力学响应

高水材料的掺杂改性有利于改善其物理力学性能、消纳废弃资源及降低经济成本,近年来成为采空区充填等领域的研究热点。针对典型加载方式下掺杂改性高水材料的变形特征及力学响应进行分析,结果表明:掺污泥改性高水材料在常规单轴加载试验和分级循环加卸载试验中受剪切破坏与劈裂破坏共同作用,慢速单轴加载试验中试样主要受剪切破坏作用;不同加载方式下,试样的压缩过程与普通岩石压缩过程相似,均可分解为五个阶段的组合:压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、塑性阶段以及稳定阶段;与常规单轴压缩方式相比,慢速单轴加载方式与分级循环加卸载方式均会使得掺污泥改性高水材料抗压强度降低;增大加载速度会使掺污泥改性高水材料产生更高的弹性模量值,同时循环加卸载方式也具有提高掺污泥改性高水材料弹性模量的作用。     

砂井地基固结过程的监测与分析

采用沉降板、分层沉降仪、孔隙水压力计等仪器,对路基分层填筑过程中砂井地基的固结规律进行监测,保证了路基的安全填筑.将非线性弹性本构关系引入Biot固结理论有限元程序,把砂井地基等效为砂墙,采用中点增量法研究施工过程中地基沉降与孔隙水压力消散的规律,其计算参数由室内三轴试验确定.研究结果表明:采用非线性弹性模型计算的孔隙水压力峰值和沉降量均大于弹性模型计算值,能模拟在分级加载过程中砂井地基的沉降和孔隙水压力消散的规律;泊松比对非线性模型的孔压变化趋势影响不大,但沉降量随泊松比的增大而减小;只有当渗透系数发生数量级改变时,才引起孔压的明显变化.     

疏浚土固化前后的压缩模量及微观结构变化的定量研究

在不同养护龄期和固化剂掺量的条件下,用WK-G1固化剂对横沙岛区疏浚土进行了固结试验,得到固化疏浚泥的压缩模量Es与固化剂掺量、养护龄期之间的关系;并利用电镜扫描(SEM)对其中某一特定固化剂掺量和不同龄期下的固化疏浚土的微观结构进行观测。运用IPP图像处理软件和Matlab编程对固化土SEM图像进行处理,得到固结过程中不同龄期下的粒度分维D_(ps)和孔径分维D_(bs)、颗粒分布分维D_(pd)和孔隙分布分维D_(bd)、颗粒表面起伏分维D_(pr)以及颗粒和孔隙的个数、平均面积、平均直径等微观结构参数。并对微观结构参数和分维数与压缩模量的关系作了定量分析。结果表明:在WK-G1固化剂固化疏浚土的过程中,压缩模量Es随着龄期和固化剂掺量的增加而显著增大;微观结构方面表现出土颗粒数增多,颗粒分布集中,平均粒径和颗粒平均面积增大,颗粒表面起伏变大,颗粒逐渐均一化;孔隙数增多、平均孔径变大、孔隙平均面积减少、孔隙更加分散,均一化变差;各分维值与龄期和压缩模量具有高度的线性关系,相关系数R~2可达0.97。     

固化污泥的压缩特性研究

污泥经固化处理后可进行填埋处置,而固化污泥的压缩特性对其的填埋处置有着重要的影响。针对这种问题,开展了污泥中不同水泥添加量的固化污泥的压缩试验,并对比固化淤泥的压缩试验结果,分析固化污泥的压缩特点和压缩机理。结果表明:污泥的压缩特性有其自身的特殊性,其中主要原因是污泥中含有大量的有机物;固化淤泥的压缩特性具有突出特点是存在结构屈服应力,而固化污泥这样的特点表现的不明显,这是因为固化污泥中的有机物对其压缩性有重要影响;随着压缩的进行,固化污泥的胶结结构不断的被破坏,并进行调整、重组、压密,趋于封闭密实,更紧密的方向发展;有机物引起的结合水膜逐渐变薄,有机物起到的连接作用逐渐加强;结合水膜由厚变薄,颗粒的蠕动阻力逐渐增加;这三个方面不断变化的协同调整,以适应外力的变化,逐渐的抑制了固化污泥的变形。     

分级加载下黏土中的超静孔压消散试验研究

为直观地认识土体固结时超静孔压的消散过程,弄清固结理论产生偏差的原因,利用研制的大尺寸固结装置,对饱和黏土开展分级加载下的超静孔压、压缩变形和土压力的测试,并与太沙基一维固结理论计算值进行对比。测试结果表明土样中的超静孔压呈现加载后先增加、后消散缓降的规律,分级加载下,随着固结荷载增大,孔压变化明显滞后于荷载的变化,且超静孔压的消散也趋慢。经与采用固定固结系数计算的理论值对比可证实土样中的固结系数呈动态变化,表现为随固结荷载和固结时间的增加而减小,且不同位置处的固结系数也存在差异。     

考虑起始水力梯度时双层地基的一维固结

文章针对双层饱和粘土地基,建立了考虑起始水力梯度的一维固结方程,并用有限差分法求解。计算结果表明,只要起始水力梯度大于零,地基的固结速率就慢于Terzaghi固结理论,而且当主固结完成时,土层中存在一定的残余孔隙水压力无法完全消散,因而土层的最终平均固结度小于1;另外,固结系数并不是决定双层地基固结特性的惟一土性指标,除渗透系数及压缩模量外,渗流起始水力梯度和地面荷载也都对双层地基的固结有重要影响。