基于填埋处置的污水厂脱水污泥土工性质研究

脱水污泥处置于填埋场存在着能否承受作业机械压力和填埋坡体稳定性的工程问题.为了解一级强化混凝污水处理工艺产生的脱水污泥的土工性质,进行了密度、界限含水率、相对密度的测定,以及渗透、直接剪切、十字板剪切和抗压等土工实验.实验结果表明,与常规土相比,脱水污的泥含水率、孔隙性、饱和度、液限和塑限都很高.渗透性、抗剪和抗压强度很低,属于高液限粉质有机土.新鲜脱水污泥的含水率与有机质含量呈线性正相关关系,有机质含量高是脱水后污泥含水率高的根本原因.含水率对污泥的工程性质影响非常大.与污泥内摩擦角、抗压强度和十字板强度都是线性负相关关系.当含水率降到64%左右,污泥的强度可以满足填埋作业的要求,12.6'的边坡在填埋操作中可能不会造成滑坡.     

原状与重塑红黏土强度变化机理

为了研究红黏土强度特性及其影响机理,对不同法向应力作用下的原状土样和重塑土样进行了直剪试验。采用扫描电子显微镜测试,对比分析原状土和重塑土颗粒单元间接触、连结状态、孔隙形态及分布等微观结构差异,揭示了土体微观结构对宏观力学性质的影响机理。研究结果表明:当法向应力σ小于临界应力时,原状土的剪应力τ高于重塑土;反之,原状土的τ低于重塑土。临界应力的大小取决于土体孔隙比,孔隙比越大,临界应力越大。原状土黏聚力高于重塑土,内摩擦角低于重塑土。重塑土与原状土力学性质存在明显差异,且差异性的大小取决于原状土微观结构性能的好坏。提出了红黏土闭孔孔隙和开孔孔隙的概念,并将其用于红黏土抗剪强度的机理分析,具有一定的工程指导意义。     

两种K0固结土样的强度比及其各向异性

K_0固结(侧向约束的固结)可导致土的各向异性.通过对比上海软黏土的原状土样和重塑土样的三轴ACUC(K_0固结压缩剪切)、ACUE(K_0固结拉伸剪切)试验以及直剪试验得到的强度比,研究这两种土样所具有的不同结构对K_0正常固结软黏土强度比及其各向异性的影响.三轴ACUC、ACUE试验中,在3.7倍于结构屈服应力的正常固结范围内,原状土样在不同固结压力下表现出与重塑土样不同的有效应力路径、极限状态线、有效内摩擦角和强度比.当固结压力较小时,原状土样表现出比重塑土样明显偏大的ACUE强度,因而呈现出较小的强度各向异性;随着固结压力的增大及结构进一步破损,原状土样的强度各向异性逐渐增大而接近重塑土.因此,在对K_0正常固结软黏土的三轴强度比及其各向异性的研究中,这种与固结压力相关的结构效应值得关注.直剪快剪试验结果表明,正常固结范围内两种K_0固结土样的强度比几乎相同,因而可以忽略结构效应对直剪快剪强度的影响.     

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.     

考虑应力修正的麦秆土直剪试验抗剪强度指标研究

为了分析麦秆含量对土壤抗剪强度指标的影响,获取更可靠的抗剪强度指标,推广能源节约型农业耕作生产,用TMS-PRO计算机控制质构仪做麦秆剪切试验。用应变控制式直剪试验研究原状与重塑麦秆土抗剪强度指标,分析麦秆含量对土壤抗剪强度指标的影响。应用应力修正法对直剪试验的正应力与剪应力进行修正,研究修正前、后麦秆土抗剪强度指标的变化量及随麦秆含量的变化规律,并对原状与重塑麦秆土修正前、后的黏聚力、内摩擦角拟合线分别进行叠加。试验结果表明:麦秆抗剪强度随含水量的增加而增大,麦秆土抗剪强度指标随麦秆含量的增加而增大,黏聚力符合线性拟合的规律、内摩擦角符合二次函数拟合的规律。考虑应力修正后原状与重塑麦秆土黏聚力较修正前提高了24%、内摩擦角较修正前提高了18%;未经修正的原状与重塑麦秆土在麦秆含量为0.58%时具有相同的黏聚力,在麦秆含量为0.37%时具有相同的内摩擦角;考虑应力修正后的原状与重塑麦秆土在麦秆含量为0.65%时具有相同的黏聚力,在麦秆含量为0.40%时具有相同的内摩擦角;在交汇点之后麦秆土抗剪强度指标增速表现为原状大于重塑。     

重塑红棕色玄武岩残积土抗剪强度特性试验研究

红棕色玄武岩残积土属于强风化土,为了解其抗剪强度变化规律,对不同干密度、不同含水率的土样进行不固结不排水剪与固结不排水剪试验。试验结果表明:当含水率一定时,随着干密度的增加,土的抗剪强度增加;干密度一定时,随着含水率的增加,土的抗剪强度、黏聚力与内摩擦角均减小;经过固结后,土样的含水率较低时,主要通过提高黏聚力来提高抗剪强度;含水率较高时,则主要通过提高内摩擦角来提高抗剪强度。各条件下的试验所得抗剪强度指标可为工程设计提供参考。     

围压及含水量对重塑膨胀土抗剪强度的影响

为研究围压及含水量对重塑膨胀土抗剪强度的影响,以及进一步确定不同围压及不同含水量与重塑膨胀土抗剪强度的计算公式,分别对含水率为8.5%、10.0%、12.0%的新疆哈密地区膨胀土进行围压为100、150、200 k Pa的不固结不排水三轴直剪试验(UU)。试验结果表明:干密度和含水量一定时,围压越高,重塑膨胀土抗剪强度越大,围压越低,抗剪强度越小。干密度一定时,含水率越高,重塑膨胀土的抗剪强度指标越小,抗剪强度越低,含水率越低,重塑膨胀土的抗剪强度指标越大,抗剪强度越高。通过对试验结果的进一步分析发现黏聚力、内摩擦角和含水率呈良好的线性关系,得出含水率、围压和重塑膨胀土抗剪强度计算公式,计算值与试验值有较高的相符程度,为新疆哈密地区重塑膨胀土的施工提供了一定的理论依据。     

旱区陡坡黄土的低压力抗剪强度特性试验研究

黄土强度指标的准确确定是地质体稳定性分析的基础依据。以延安地区某边坡上更新统黄土为研究对象,利用改进的直剪仪,开展不同初始含水率、密度、干湿循环条件下原状与重塑黄土的低压力抗剪强度试验,研究原状与重塑黄土的低压力抗剪强度及抗剪强度指标随初始含水率、密度及干湿循环次数的变化规律,建立黄土的低压力抗剪强度指标与初始含水率、密度及干湿循环次数之间的函数关系。结果表明,黄土的低压力抗剪强度与初始含水率的关系可采用指数函数描述,与土体密度和干湿循环次数的变化关系可采用线性函数描述;原状与重塑黄土的黏聚力、内摩擦角与初始含水率之间呈负相关,且原状黄土抗剪强度指标高于重塑黄土;黄土的抗剪强度指标随土体密度增加而显著提高,随干湿循环次数增加呈明显减小趋势。     

膨胀土强度指标的试验研究及变异性分析

文章以合肥市某工程的重塑膨胀土为研究对象,进行了大量的快剪试验及固结快剪试验,研究了膨胀土的强度指标与含水率的关系,并对这些强度指标进行了数理统计,分析了强度指标的变异性。研究结果表明:随着含水率的增加,膨胀土的剪切破坏方式由脆性破坏逐渐过渡到塑性破坏;强度指标随着含水率的增加而减小,两者之间的关系可以用线性公式或指数公式表示;固结快剪试验的强度指标大于快剪试验的相应值。对于快剪试验及固结快剪试验,黏聚力的变异性大于内摩擦角的变异性,黏聚力和内摩擦角间的相关系数在多数情况下为负值;强度参数的变异性及参数间的相关系数越大,抗剪强度的变异性也越大。     

尾矿土物理力学性质指标的相互关系

目的正确有效地确定尾矿土的抗剪强度,以保证尾矿库工程的稳定性.方法通过现场取样,然后在试验室进行土的物理及力学指标试验,研究尾粉砂、尾粉土、尾粉质黏土的含水率与孔隙比之间的关系以及含水率、孔隙比、干密度与抗剪强度指标之间的关系.结果随着含水率的增大,尾粉砂的孔隙比减小,尾粉土与尾粉质黏土的孔隙比增大;尾粉砂、尾粉土和尾粉质黏土的含水率与抗剪强度指标呈非线性关系;孔隙比、干密度与抗剪强度指标呈线性关系:随着孔隙比的增大,黏聚力与内摩擦角减小;随着干密度的增大,黏聚力与内摩擦角均增大.结论尾粉砂、尾粉土、尾粉质黏土的物理指标与抗剪强度指标之间存在相关性,在明确物理指标的情况下可以推断出相应的抗剪强度指标范围.     

渗沥液污染下水泥固化高岭土透水及变形特性

针对填埋场衬垫在高荷载作用下开裂破坏的现状,采用水泥固化高岭土,评价其抗渗、抗开裂及固结压缩特性,探究其作为填埋场衬垫材料的可行性.采用纯高岭土与水泥掺量5%、10%、15%的固化高岭土进行试验,室内模拟填埋场衬垫受渗沥液污染的工况,通过渗透试验测定水力传导系数,分析其抵抗污染物渗透能力;通过固结试验测定压缩系数,分析其固结压缩特性;通过干湿循环开裂试验测定开裂因子,分析其抵抗开裂变形特性.结果表明:试样水力传导系数随时间增加而下降,其中纯高岭土下降40.4%,而水泥固化后高岭土仅下降16.0%~27.1%.由于试验高岭土属于中压缩性土,试样孔隙比随荷载压力上升而下降,水泥掺量越多,孔隙比下降越少,200kPa荷载下,0.25~64min的轴向位移变化量占总变化量的65.1%~70.7%;掺入水泥后试样的开裂面积明显减小,最大开裂因子降幅达52.6%,水泥掺量10%与15%的试样开裂因子差别较小.水泥固化后高岭土的强度及抗开裂能力提高,满足作为填埋场衬垫材料的要求.     

固化污泥的压实特性及微观机理研究

固化污泥进入填埋场需要压实,为探求一种经济有效的方法将其填埋,需要对压实过程中微观结构特征的变化进行研究,揭示污泥固化土的压实机理。对以水泥为固化材料的污泥进行击实试验,通过真空冷冻干燥技术制样,进行扫描电镜试验;借助GIS技术实现了SEM图像的三维可视化及三维孔隙率的定量计算,分析击实过程中微观孔隙的变化规律。结果表明,固化污泥的干密度随着击实功的增加先增加后趋于稳定、孔隙率先减小后趋于稳定。三维可视化模型实现了土体颗粒表面起伏形态的三维显示。对比结果显示三维孔隙率的变化情况,较好地描述了固化污泥击实过程中孔隙体积的变化,可以依据三维孔隙率的变化选取一个经济击实功。研究成果为污泥固化土这种特殊性质土体的基本力学性质研究提供基础参数,并为其实际填埋施工工艺选择提供理论依据。     

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。     

粘粒含量对砂土强度和压缩特性的影响

利用四联直剪仪和高压固结仪,研究膨润土和高岭土含量对漓江砂土的强度和压缩特性的影响。试验结果表明：膨润土和高岭土对砂土的强度存在不同的影响,不同的粘粒含量对砂土强度影响略有不同,粘聚力随着粘粒含量的增加而增加,摩擦角与粘粒含量并非呈单调关系,而呈抛物线型,存在一个粘粒的含量使得砂土的摩擦角最小并且这个值为10%~15%。固结试验中,粘粒含量对砂土压缩性的影响很大,相同初始孔隙比下加载导致的最小孔隙比并不一致,随粘粒含量增加最小孔隙比先增大先减小,同时,粘粒成分不同,最小孔隙比也不同。高岭土粘粒对砂土的回弹指数基本上没有什么影响,而膨润土在粘粒含量小于5%时也没影响,但粘粒含量超过5%时回弹曲线非线性。     

固化废弃泥流动性研究

市政工程建设产生大量废弃淤泥,废弃淤泥处置成为难题,目前常采用固化方法进行处理。为使流动固化处理后淤泥流动性和强度达到泵送施工的要求,需要分析淤泥流动性的大小与含水率和固化材料掺量之间的关系。通过对固化淤泥流动性的试验,得出如下结论:固化淤泥流动度随淤泥含水率增加而增加,随水泥掺量增加而降低;相比坍落度法,流动度法操作简易,数据更具连续性。     

垃圾自身参数对垃圾产气规律的影响研究

研究垃圾产气规律对于评估填埋场能源气体回收利用价值和结构安全稳定性有着重要意义.垃圾本身参数对产气速率,产气总量的影响研究仍然不够全面,有待深入研究.通过实验室垃圾降解产气实验,研究了垃圾含水率、孔隙比和有机质含量对垃圾产气速率和总量的影响.实验结果表明,含水率可以最大程度影响垃圾好氧产气峰值大小,对厌氧产气峰值大小也有较大影响;孔隙比可以对垃圾好氧产气峰值大小,厌氧产气峰值大小,厌氧产气峰值时间产生较大影响;有机质含量对垃圾好氧产气峰值大小和厌氧产气峰值时间影响较大.实验还表明当孔隙比为1.5,含水率为50%,有机质含量为65%时垃圾产气总量最大.实验结果可用于垃圾填埋场产气相关理论研究.     

固化/稳定化污泥填埋气产生规律研究

固化/稳定化技术是污泥填埋处置常用的预处理手段,固化后的污泥进行填埋也会产生填埋气,产气规律是指导填埋气收集处理系统设计的重要依据。通过室内产气实验,对不同固化材料添加量以及不同类型固化材料处理后的固化污泥产气规律进行了研究。研究结果表明:随着固化材料添加量的增加,产气总量逐渐减小,固化材料在低添加量条件下产气过程分为抑制、加速和快速衰减三个阶段,固化材料较高添加量条件下其产气过程为快速下降和稳定衰减两个阶段。固化材料对产气的影响各不相同:膨润土对产气过程基本没有影响;生石灰对产气的抑制作用大于水泥的作用。     

掺入秸秆纤维对固化高含水率淤泥黏滞特性影响研究

黏滞性是影响高含水率疏浚淤泥固化施工的重要工程特性。向高含水率疏浚淤泥流动固化土中添加秸秆纤维,开展黏滞度试验,探讨不同纤维掺量下淤泥流动固化土的黏滞特性。试验结果表明:相同剪切速率下,纤维掺量小于3%时,淤泥流动固化土剪切应力基本不受掺量增加的影响;纤维掺量≥3%时,剪切应力随掺量增加而降低。淤泥流动固化土动切力随秸秆纤维掺量增加而缓慢降低;黏滞系数随秸秆纤维掺量增加呈现先缓慢降低之后快速上升的变化规律。不同剪切速率下,淤泥流动固化土黏度随秸秆纤维掺量增加而缓慢降低。     

污泥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、淤泥和一般粘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,不同于淤泥和一般粘性土的直线;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。     

高含水率疏浚淤泥固化的力学性质试验研究

基于以废治废有效利用大掺量粉煤灰治理淤泥的思路,使用水泥和生石灰作为粉煤灰的激发剂,同时使用高吸水树脂内供水进行固化土内养护,进行固化土无侧限抗压强度试验和含水率试验.水泥加高吸水树脂、水泥加粉煤灰及水泥加生石灰双掺固化试验发现,各掺量下固化土的强度随龄期的增长而增长,在水泥掺入比一定时各种固化材料存在最佳掺量;以此为基础的四种材料的正交试验得出了固化淤泥的最佳的配比组合并分析固化机制,可以为低掺量水泥处理高含水率疏浚淤泥的实际工程提供参考.含水率试验得出粉煤灰和生石灰能快速降低固化土的含水率,高吸水树脂能够延缓固化土含水率的降低,能够通过内供水的方式保证水化反应环境,继而促使水化反应更大程度地进行.