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。     

MgO改性淤泥固化土压缩特性试验

将低碳、环保的活性MgO引入淤泥固化处理,通过一维压缩固结试验开展系列探索性研究。对不同MgO掺量和不同养护龄期的淤泥固化土进行分析。研究结果表明:入掺活性MgO对淤泥固化土的压缩特性具有明显改良作用。随着MgO掺量和养护龄期增加,淤泥固化土压缩性呈逐渐减小趋势,而固结屈服应力逐渐增大;对于所研究淤泥,当MgO掺量为6%时,淤泥压缩性发生突变,由高压缩性土体演变为低压缩性土体。从压缩模量角度研究固化淤泥压缩性状,发现压缩模量随应力演化过程受MgO掺量等因素影响;当MgO掺量达到6%左右时,模量-应力关系曲线出现明显峰值现象;这种现象与土体结构性的形成密切相关,且该发现与淤泥压缩性分析结果相吻合;峰值模量与压缩指数变化趋势大致服从幂函数关系模型。     

快速固化土工程特性试验

为探究长安大学研制的新型4#粉体固化剂的固化效果,以山西忻州定襄县粉质粘土为研究对象,进行了单掺长安大学新型4#粉体固化剂固化土制备。通过不同掺量与不同龄期固化土试件的浸水和不浸水无侧线抗压强度试验,分析了掺量和龄期对固化土力学特性的影响规律。结果表明:养护前期,固化剂固化土强度增幅随掺量增大而先快后慢,养护后期其强度增幅随掺量增大而先慢后快;低掺量固化剂固化土强度增幅随龄期延长而先快后慢,高掺量固化剂固化土强度增幅随龄期延长而先慢后快。然后在考虑固化剂掺量和龄期对强度影响的基础上,建立了符合该固化土力学特性的强度预测公式,为该固化剂在工程实际运用中开展强度保证理论和试验研究探索。     

水泥固化淤泥非饱和渗透特性试验研究

采用的试验材料是南京市西南长江下游的江心洲洲头的自然产生的淤泥,对水泥掺量的淤泥进行了固化处理,通过一步流动法试验获得固化淤泥的持水特征曲线和非饱和渗透系数.并通过压汞试验分析各因素对固化淤泥孔径分布的影响,从而分析各因素对固化淤泥渗透性的影响.试验表明:水泥掺量增加,使得固化淤泥中的大孔隙数量减少,小孔隙数量增加;同一基质吸力下,固化淤泥的非饱和渗透系数随着水泥掺量的增加而减小.     

冻融作用下水泥固化煤化工废水污染土的强度特性及微观结构

为了解水泥固化煤化工废水污染土的强度特性及微观结构,以凹凸棒土为外掺剂,通过室内试验的方法研究了冻融循环作用下固化土的无侧限抗压强度、质量损失率及T2谱分布曲线.结果表明:养护28 d后,随外掺剂掺量增加,固化土的强度逐渐降低;随冻融循环次数增加,固化土的强度先增长后降低;掺加外掺剂固化土相比无外掺剂固化土,其强度明显降低;掺加外掺剂、无外掺剂和无苯酚无外掺剂三类固化污染土的累计质量损失率随循环次数的增加而增大,且呈相似的变化规律;在冻融循环3次时,固化土的孔隙减小且孔径变小,冻融循环5次和10次时,固化土的孔隙增加且孔径变大.由此可见,凹凸棒土虽使固化土强度降低,但因特殊的性质,对污染物的固化稳定化效果增强;固化土的强度变化与其内部孔隙和孔径有关.     

固化吹填土的渗透性及其分形维数的定量研究

为了研究固化吹填土的渗透性与分形维数之前的关系,采用自配固化剂对上海横沙岛东滩吹填土进行固化,对不同养护时间和不同固化剂含量的吹填土进行室内渗透试验和电镜扫描试验得到固化吹填土的渗透系数和微观图像。通过相应的图像分析处理软件对固化吹填土的微观图像进行处理和分析,运用分形理论得出固化吹填土的粒度分维D_(ps)、孔径分维D_(bs)和颗粒定向分维D_(di),对固化吹填土的渗透性及其微观分形维数之间的关系进行定量分析。研究表明:吹填土在固化过程中,粒度分维逐渐减小、孔径分维和颗粒定向分维逐渐增大,粒度分维D_(ps)、孔径分维D_(bs)和颗粒定向分维D_(di)与固化剂掺量λ和龄期T密切相关;粒度分维D_(ps)越小、孔径分维D_(bs)和颗粒定向分维D_(di)越大,固化吹填土的渗透性越低;渗透系数k与三种分形维数具有很好的线性关系,相关系数R~2都在0.95以上。     

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.     

药剂掺量对高黏粒含量废浆渗透性和真空固结特性的影响

针对温州某工程产生的高含水率、高黏粒含量废浆,通过添加掺量不同自主配置的固化混凝剂,进行了自由沉降和一维固结试验,研究掺量与颗分、浊度、p H值、浑液面沉降以及液塑限的关系,并通过真空排水模型试验,研究药剂掺量对渗透特性和强度的影响.研究结果表明:(1)药剂通过压缩双电层将废浆中的细小颗粒聚并,但是小颗粒减少的程度不如有机药剂显著;(2)加入药剂后3或7 d时,废浆渗透系数比较大,小于或大于该龄期时渗透系数均会减小;(3)药剂掺量越多,浆体渗透系数越大,在低固结压力区间可提高为原来的5~10倍;(4)药剂和真空排水相结合可以大幅提高真空排水速率,在降低含水率的同时,提高土体液塑限和土体强度,试验中十字板剪切强度最高达47.1 k Pa.研究结果表明,新型药剂对于真空预压处理废浆的作用主要体现在颗粒聚并、增渗增排和固化,通过选择适当的药剂掺量和龄期可以获得显著的处理效果,值得大范围推广.     

F1离子固化剂加固黄土强度及微观结构试验研究

为研究F1离子固化剂加固黄土的物理力学特性,开展了CBR试验、无侧限抗压强度试验和三轴不固结不排水试验,并基于SEM、NMR和XRD测试结果,对F1加固黄土的力学特性和微观孔隙结构进行研究.试验结果表明:F1固化剂可通过阳离子交换、破坏双电层结构和磺化油的疏水作用,减小土体塑限,增大液限、塑性指数和最大干密度,改善水敏性和击实特性;F1可显著增大土体CBR值、无侧限抗压强度和抗剪强度参数,0.3L/m3是其加固黄土的最佳掺量;F1改变了粒间孔隙结构和接触形式,促进土颗粒间聚集和凝结,将微观孔隙分布分维数由1.244减小为1.076,大幅减小了土体孔隙总面积和总孔隙数.在压实作用下,F1固化黄土可形成排列更加紧密、团聚体更大和以面-面接触为主的层状堆叠结构,增大了土体的密实度和承载力.     

碱激发矿渣加固淤泥的物理力学性能与机理

为绿色低碳处置渣土并进行资源化利用,通过碱激发高炉矿渣(ground granulated blast-furnace slag, GGBS)作为绿色固化剂固化淤泥质工程渣土进行路基填料应用,探究不同固化剂掺量对固化土的综合性能影响规律,采用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)、核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)对固化效果进行微观表征,用分形理论阐述微观孔隙特征揭示碱激发GGBS固化淤泥质渣土机理。结果表明：固化剂增加了固化土液塑限,降低了塑性指数,最优含水率随固化剂掺量增加呈现先减少后增大的趋势,最大干密度与之相反。掺入固化剂提高了渣土力学性能和水稳性,10%的掺量的固化渣土,强度、加州承载比(California bearing ratio, CBR)、水稳性以及渗透性分别为2.36 MPa、210.7%、81.3%和1.36×10^-7 cm/s,各项指标均能满足路基填筑强度要求。微观机理表明,改良土的主要水化产物为(N...     

粉煤灰掺入固化剂JNS-1的工程试验研究

为了改善粉煤灰的力学性能,采用镇江市三新建设科技公司研制的粉煤灰增强固化剂(JNS-1型)对粉煤灰进行了固化处理.对掺入不同比例JNS-1的固化粉煤灰的击实性、力学特性、水稳特性、抗冻性、耐久性等工程性质进行室内试验,结果表明:JNS-1固化粉煤灰具有良好的击实性,干密度小;其无侧限抗压强度随固化剂掺量的增加而增大,随龄期的增长而增大,且中后期强度增加比较明显,与CBR值呈近似线性关系;JNS-1固化粉煤灰具有较高的抗剪强度、良好的抗冻性和抗干湿循环能力;6%JNS-1固化剂的掺量可作为满足各路用性能的经济掺量.以上结论可为工程应用提供理论依据和参考建议.     

固化淤泥渗透性的微观分析

淤泥掺入水泥固化后,水化等化学反应生成的水化产物填充了土颗粒间的孔隙,改变了淤泥的微观孔隙结构,从而改变了其渗透特性。使用柔性壁渗透仪测定不同初始含水率及不同的水泥掺量下的固化淤泥的渗透系数,并使用压汞法研究其微观孔隙结构。试验表明:随着水泥掺量的增加、初始含水率降低,固化淤泥的渗透系数逐渐降低;固化淤泥的孔径分布曲线呈单峰分布,定义其峰值对应的孔径为最可几孔径,则随着固化淤泥渗透系数的降低,最可几孔径逐渐减小,即小孔隙数量增多,两者具有良好的相关性。     

添加剂对固化土强度影响的试验研究

针对辽中地区土样的性质和LD土壤固化剂性能的分析,考查了不同添加剂对固化效果的影响.通过正交设计试验,找出了适合辽中地区固化土的添加剂和最佳掺加量.试验结果显示,Na2CO3和Na2SO4最佳配比量分别为2%和1%时得到的固化土强度最高.     

珠三角西部软土变形特性试验研究

珠江三角洲西部地区广泛分布第四系全新统海陆交互相沉积软土,为了研究该区域软土的变形特性,取5.20～5.40 m、 8.20～8.40 m、 11.40～11.60 m共3个深度的土样,对每一深度的土样进行了竖向和横向的一维固结压缩试验,重点研究了土样的压缩量、孔隙比、压缩系数及压缩模量随固结压力及压缩时间的变化情况,同时考虑了取样深度和软土各向异性的影响.研究结果表明:固结压缩时间在前240 min时,土样的压缩量均明显增大,随后压缩量的增大幅度逐渐变缓,并趋于稳定状态,说明土样的主固结状态已基本完成;软土的孔隙比均随固结压力的增大而减小,当固结压力在200 kPa以内,孔隙比变化较大,取样深度对孔隙比减小的范围影响不大;在固结压力小于100 kPa时,压缩系数随固结压力的增加而显著减少,当固结压力大于100 kPa时,竖向和横向得到的压缩系数几乎相同;压缩模量随固结压力的增加接近于直线增长,随着固结压力的增加,埋深浅的软土压缩模量增加较快.论文的研究成果可为本区域软土地基工程提供合理可靠的设计依据.     

2种复合固化剂作用下有机质土的渗透性

为研究复合固化剂GX07与XGL2005的降渗效果以及有机质对水泥土固化反应的影响,对这2种固化剂作用下的人工有机质土进行渗透试验。结果表明:腐植酸掺量为6%且水泥掺入比wc≤15%时,GX07的降渗效果比XGL2005发挥得更为迅速,XGL2005的降渗效果完全发挥需要比60 d更长的龄期。通过分析龄期与水泥掺入比对土体固化的影响,提出水泥最优掺入比wco与固化土极限渗透系数ku的概念,并得出当腐植酸掺量为6%时,GX07和XGL2005固化土样的wco分别约为10%和12%。对GX07加固的试验土样,ku约为4×10-9 cm/s。进一步研究发现:当wc为10%~15%且T为3~28 d时,2种复合加固土渗透系数随龄期的变化在单对数坐标系下均有较好的线性关系,由此建立这2种复合加固土的渗透系数预测模型。     

不同固结压力作用下黄土微观结构试验研究

为研究在不同固结压力作用下,黄土微观结构的变化规律,试验通过制备黄土试样,用电镜扫描(SEM)获取各个固结程度下黄土微观结构图像并利用IPP图像处理软件对微观图像参数计算和参数分类。结果表明:随着固结压力逐渐增大,黄土试样微观结构内部骨架单元体聚合物的连接方式,由架空孔隙向镶嵌孔隙转变,结构逐渐密实,稳定性逐渐增强;在各个固结压力作用下,孔隙数量随着孔径增大而减少,孔隙面积随孔径的增大而增大,大孔隙的变化一定程度上影响了土的工程性质;固结后土体的孔隙面积在各个角度区位分布越均匀时,土体受到的扰动越大;土体受固结扰动后,微孔隙的形状没有发生较大变化,部分小、中孔隙产生变形,大孔隙逐渐被消散,向着椭圆率更小的方向发展。     

杭州饱和软土固结过程微观结构试验研究

软土的工程特性很大程度上取决于土体内部的孔隙特征及其变化规律,为探讨软土固结过程中压缩性及其微观结构变化机理,对杭州结构性黏土进行室内固结试验,通过液氮真空冷冻干燥技术制备微观土样,借助扫描电镜试验获取微观结构图像,用计算机图像处理软件定量分析土体孔隙特征随着固结压力的变化规律,并讨论微观结构参数与土体压缩性的相关机制。结果表明:固结压力将显著改变软土的孔隙尺度、分布、排列、形态等特征,随着固结压力的增加,孔隙数先增加后减少、微小孔隙的比例增加、均一化程度提高、定向性增强、复杂程度降低;土体微观结构参数与压缩系数随着固结压力的变化规律有很好的相关性,均在固结前期显著变化,在固结后期变化趋于平缓;用土的微观结构变化解释和验证宏观试验土体的物理力学特性是可行的。     

重塑黄土渗透系数的试验研究

通过不同渗透压强下的渗透试验研究了重塑黄土的渗透性。分别制取六种不同孔隙比的重塑土样和一种原状土样,进行渗透实验,渗透过程分别考虑了不同的孔隙比和不同压强对重塑黄土的渗透性的影响。结果表明:重塑黄土的渗透系数随孔隙比增大呈先增大再减小的趋势;重塑黄土的渗透系数随反压增大呈减小的趋势;加压阶段重塑黄土的渗透系数变化约为卸压阶段渗透系数变化的15倍左右;孔隙比越大渗透对土体结构影响也越大。重塑黄土的渗透性的研究,为土的阻污性及土工合成材料的渗透性的研究提供数据支持,同时为工程实践提供参考。     

吹填土真空固结变形特性的室内试验

为了研究吹填土在真空预压作用下的固结特性和应力应变关系,设计了室内试验装置.在该装置中,吹填土作为一个土单元进行真空固结,通过测量该吹填土体单元在分级真空荷载作用下的体应变和轴向应变过程来研究吹填土的固结变形特性.试验结果表明,吹填土在真空荷载作用下的固结为等向固结,土体的变形各向同性.各级真空荷载作用下,土体的体应变和轴向应变与真空压力之间呈双曲线关系,孔隙比和真空压力的对数之间呈线性关系,且与初始含水率无关.分级荷载下固结时间和变形量表明,超软土在初始阶段的固结在整个固结过程中占据主导作用.试验结果可用于建立吹填软土在真空荷载作用下的应力应变关系和预测真空加固吹填土的固结沉降值.     

矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥稳定粉土的强度及固化机理

采用矿渣、钢渣、脱硫石膏和普通硅酸盐水泥联合制备固化剂,对黄河冲积粉土进行改良固化,在提高工业废渣资源化利用的同时,以期解决黄河冲积粉土强度低、水稳性差等路基工程应用难题。首先,基于无侧限抗压强度试验、水稳性试验和干湿循环强度试验探究固化剂掺量和养护龄期对固化粉土强度的影响规律,确定固化剂的最优掺量;其次,针对最优固化剂掺量的固化粉土,开展不同龄期固化粉土的渗透性试验,同时结合核磁共振测试、矿物成分分析以及电镜扫描,揭示固化粉土的矿物成分及微观结构的演化规律。研究结果表明：矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥固化粉土的最优掺量为干燥粉土质量的10%;固化粉土的水化产物主要为水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和钙矾石晶体(AFt);水化产物的粒间胶结和填充作用使土颗粒间形成致密结构,增强了固化粉土的力学强度、水稳性和抗渗性能。