纳米纤维素材料加固土遗址初探

探讨纳米纤维素加固土遗址的可行性,将羧基改性的纳米晶纤维素(CNC)和纳米纤丝化纤维素(NFC)分别以滴渗或拌和的方式加固遗址土试样,通过不同龄期下的无侧限抗压强度试验、声波测速、水滴入渗试验和崩解试验,评估了加固试样的力学性质、固化龄期、斥水性和耐水性能.结果表明:2种材料均能在较小的掺量下适度的提高遗址土的力学强度, NFC在拌合加固中效果明显,CNC更适用于滴渗加固.声波测速试验反映了各加固试样的强度增长规律,与无侧限抗压强度较吻合.经CNC滴渗的试样斥水性有所提高,崩解速率较未加固试样降低近50%.扫描电子显微镜图像揭示了纳米纤维素与土颗粒间的胶结形态, NFC拌和样与CNC滴渗样孔隙间表现为明显的非晶相的凝絮状胶结,孔隙度大大减小, CNC拌和样胶结物凝聚现象不显著.     

PS对非饱和重塑黏土的土-水特征曲线的影响

采用扫描电镜测试PS加固前后黏土微观结构的变化,研究黏土矿物、孔隙结构和土体收缩特性3种因素对加固以后非饱和重塑黏土的土-水特征曲线的影响.研究结果表明:PS与土颗粒的反应是非常复杂的物理化学反应,在反应中大量的黏土矿物被消耗,形成一种较致密的结构,力学强度提高,同时,孔隙壁变得光滑、平直,土颗粒磨圆度增大,膨胀性降低,这些因素导致非饱和黏土的土-水特征曲线发生明显变化;PS加固后饱和含水率和残余含水率都有一定程度下降,进气值较高,斜率变陡,下降速度快.Van Genuchten模型(即VG模型)对PS作用前、后的土-水特征曲线的拟合效果较好.研究结果证明PS材料加固土遗址的良好性能.     

矿物成分对细颗粒粘土强度特性 影响的试验研究

通过人工土和天然软土的快剪试验,从微观角度研究矿物成分对细颗粒粘土强度特性的影响.研究表明：单一矿物成分试样的强度特性与矿物颗粒的表面特性与结合水性质有关.粘土矿物颗粒具有较大的比表面积、阳离子交换当量,颗粒表面形成强烈微电场而产生较厚的粘滞性结合水膜,使颗粒间粘聚力增强,故表现出较高的粘聚力,而粒间容易错动而形成润滑摩擦,表现出较低的抗剪强度与内摩擦角;混合矿物成分人工土和天然软土试样的强度特性是不同类型矿物颗粒间摩擦、胶结粘聚和结合水性质等微观因素的综合体现,只要某种细颗粒粘土矿物含量超过一定限值,混合土试样的强度特性便由该细颗粒粘土矿物决定.     

PS材料加固遗址土强度与微结构参数相关性研究

采用不同质量分数、不同加固方式对密度不同的遗址土进行硅酸钾(PS)溶液渗透加固,加固后土体微结构发生变化,其力学强度出现不同程度的提高.使用图形处理软件对固化后土体的扫描电子显微镜图像进行计算分析,获取对固化土力学强度影响最显著的微观结构参数;利用多元逐步回归分析法对力学强度与微结构参数之间的相关性进行计算,并进行分析评价;从微观角度验证PS材料对土遗址的加固效果.结果表明,经PS溶液加固后,遗址土土体强度与微结构参数间存在良好的相关关系,各向异性、等效直径、扁圆度、充填比和面积比是对强度影响较显著的5个微结构参数.     

PS材料加固遗址土试验研究

以PS材料加固的古遗址土为研究对象,选用具有代表性的古长城遗址土和故城遗址土两大类,对其原状样和重塑样进行PS材料加固,进行抗压、抗拉、雨蚀、风蚀试验及雨蚀、风蚀组合等试验,研究其力学强度特征及耐久性能。试验结果表明:经PS材料加固后,遗址土体的力学性能和抗雨蚀、抗风蚀能力明显提高;古长城土经PS加固后,其抗压强度可提高至1.5倍,且以PS浓度为5%、加固3次效果最佳,内聚力和内摩擦角明显提高,渗透性能小幅度降低;随老化时间增长,强度未降低,至少能承受8次冻融循环;PS加固故城土后,土体强度可提高1.2～1.8倍,抗风蚀能力提高6～24倍,抗雨蚀和风蚀综合能力提高6～13倍。PS材料具有良好的加固效果,为广泛地应用于土遗址保护加固工程中提供了理论依据。     

聚苯乙烯轻质混合土强度变形特性的微观试验研究

聚苯乙烯(EPS)轻质混合土是一种新型的轻质土工材料.通过扫描电镜对聚苯乙烯颗粒轻质混合土的微观性状进行了研究,从轻质混合土的微结构基本单元的形状、基本单元体的接触状态、基本单元体间的联结形式等微观角度解释了轻质混合土的强度变形机理.其微观结构研究表明,轻质混合土试样内部由于水泥水化、水解形成的网络状胶结结构是其强度的主要来源;轻质混合土中的EPS颗粒是通过置换效应和空间效应影响强度变形特性的.     

金沙土遗址裂隙灌浆材料比选室内试验研究

为探究适用于金沙土遗址裂隙加固的灌浆材料,选取了烧料礓石、SH(改性聚乙烯醇)和无机矿物聚合物与金沙遗址试验土拌合制备了三种灌浆材料。通过室内试验,对各种灌浆材料结石体试样的基本物理性能、力学性能及耐久性能进行了详细分析。试验结果表明,无机矿物聚合物灌浆材料具有较低的收缩性,能够有效填充裂隙;同时,其较高的抗折和抗压强度为提升土遗址的力学稳定性提供了可靠保障;在研究的三种灌浆材料中,无机矿物聚合物灌浆材料展现出最佳的耐久性能。因此,建议在金沙土遗址的裂隙注浆加固工程中采用无机矿物聚合物灌浆材料,研究成果将为潮湿环境下土遗址裂隙灌浆材料的选择与应用提供有益的指导。     

晋阳古城遗址加固材料筛选及配比试验研究

对当前土遗址加固材料进行调研和分析基础上,提出了遗址土中加入石灰和水性丙烯酸酯乳液的加固材料方案;并对加固前后土体的强度特性、耐水性能、收缩特性等进行了试验研究。研究结果显示,石灰和水性聚氨酯/聚丙烯酸酯乳液混合加固材料对土遗址保护加固具有良好效果;并提出了加固材料的最优配比。     

北京地区细粒土微观特征及宏观力学性质研究

对从北京地区获取的10块代表性细粒土样品进行了X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）分析和常规土工试验,以对北京地区细粒土的微观特征及其对土体宏观力学性质的影响进行研究.结果表明：北京地区细粒土的主要矿物成分包括石英、长石、方解石和黏土矿物,其中,黏土矿物的主要组分为伊利石和伊蒙混层;北京地区细粒土土体结构疏松,颗粒矿物之间连接较弱导致较难形成骨架支撑,且粗颗粒矿物表面通常被细颗粒矿物包裹,细颗粒矿物的存在形式包括基质和团粒两种,在SEM观察中可通过组分和结构差异进行区分;北京地区细粒土的宏观力学性质受矿物组成和微观结构的联合控制,除了矿物颗粒本身性质对土体强度的影响之外,黏土矿物和粗颗粒矿物之间的结构配置对土体的抗压强度和抗剪强度也有重要影响.     

不同胶结物粒间胶结三维仿微观力学试验

离散单元法被广泛应用于颗粒材料的力学特性研究,建立合理的胶结微观接触理论对实现胶结型岩土材料宏观、微观力学特性的数值分析显得尤为重要.首先通过室内三维接触试验方法制备由环氧树脂和高铝水泥胶结的铝球试样,并使用辅助加载装置进行拉伸、压缩、剪切、弯曲及扭转5种加载方式下的接触力学特性测试,为建立三维微观接触模型奠定试验基础.结果表明,胶结铝球颗粒的接触力学响应及强度包线与胶结物类型有关.在峰值前,胶结铝球的力-位移与力矩-转角变化关系曲线表现为线弹性;在峰值后,表现为环氧树脂偏塑性、高铝水泥偏脆性;法向作用力对胶结接触力学特性有重要影响,不同胶结铝球的抗剪、抗弯、抗扭能力随着法向作用力的增大呈现先增大后减小趋势,存在临界法向应力比;在不同荷载空间下,不同胶结铝球颗粒的归一化峰值强度包线(剪切强度、弯矩、扭矩-法向荷载)近似呈抛物线型.     

考虑固结路径影响的天然沉积土不排水剪切试验研究

针对传统等向固结剪切试验不能反映实际工程中的非等向变形和强度特性的局限,采用GDS应力路径三轴试验仪,对天然沉积结构性软黏土进行了不同固结条件下的不排水剪切试验,探讨不同应力路径对天然沉积土不排水剪切特性的影响.结果表明:相同的平均有效固结应力下土体偏压固结后剪切阶段应力-应变关系曲线的峰值强度大于等向固结的峰值强度;固结过程偏应力的存在提高了土体的总应力强度指标,当控制固结压力终值的剪应力相同时,偏压固结的强度包线相对于等向固结将平行上移;等向固结下当固结压力大于结构屈服压力时,有效应力路径与屈服面具有相似性,剪切屈服破坏后有效应力路径沿着临界状态线下滑;偏应力固结后剪切过程中有效应力路径的走向相对于等向固结发生了向右偏转.     

压实膨胀土饱和抗剪强度的变动性

饱和抗剪强度是工程设计的基本指标与描述非饱和抗剪强度的基准,然而其具有一定变动性,为探讨变动规律,在四联直剪仪上对6种制样压实度下的荆门弱膨胀土开展一维无荷载膨胀-固结-慢剪试验,将其结果与不同水化状态下的三轴试验数据对比.结果表明:相同应力状态下孔隙比状态的差别是造成该变动性的主因;先期应力历史与水化状态的差别导致相同应力状态下孔隙比状态的差异.水化状态为浸水膨胀稳定(膨胀势完全释放)后的饱和状态时,有效黏聚力随孔隙比增大规律性降低,有效内摩擦角对孔隙比并不敏感.水化状态为膨胀势未完全释放的饱和状态时,有效内摩擦角显著高于浸水膨胀稳定后的相应值,原因是膨胀势引发的剪胀效应造成的剪切抗力提高,反映于有效内摩擦角的增大.浸水膨胀稳定后有效内摩擦角是低且稳定的,相关工程应用及描述非饱和抗剪强度时,建议选取浸水膨胀稳定后的饱和抗剪强度参数作为相应指标.     

盐酸溶液对粉土抗剪和压缩指标影响的试验

土体受到酸性溶液污染,会引起成分、微观结构、力学指标的变化.本文通过质量分数为0(清水),1%,4%,8%,12%盐酸的浸泡试验,模拟粉土受酸溶液污染.由室内固结快剪和快速固结试验,得到受侵蚀粉土抗剪及压缩指标的变化规律.结果表明:黏聚力增加,内摩擦角减小,压缩模量减小,压缩系数、压缩指数变大.通过矿物分析、电镜扫描,从土的组成成分、微观结构两方面对变化进行解释.土体抗剪和抗压缩能力的改变,势必引起承载力和边坡稳定等相关指标的变化.因此在勘察设计和某些事故的成因分析时,对有酸污染隐患的粉土地区应考虑上述变化的情况.     

太湖第四纪沉积区土体荷载响应的效应综合特征

土的微结构对土的力学行为机制起着至关重要的作用,对太湖第四纪沉积区典型软土进行单向压缩试验,利用扫描电子显微镜(SEM)所得的照片研究软土在不同固结压力条件下的微结构大小、形状、定向性等微结构参数,分析其变化规律.研究表明,随着固结压力的增加,结构单元体不断变大,集合体的形状在垂直于压力的方向变长,结构单元体的定向性有所提高但不显著;孔隙分布分维呈下降趋势并逐步稳定.采用电镜扫描仪(SEM)对在复杂应力路径作用下剪切前后的黏土样进行微观观察,并从剪切前后孔隙排列、孔隙形态、孔隙尺度变化特征3个方面分析宏观试验原状软黏土归一化抗剪强度各向异性的微观本质.阐述了淤泥类软土的微观结构对其工程性质的重要影响.从泥炭的微观结构分析入手研究了泥炭的性质及特点(包括含水性质、强度性质、固结及次固结性质).讨论了海积软土在固结、剪切作用下微观结构的变化,阐述了海积软土力学行为的本质.通过室内一维固结蠕变试验系统研究分析了次固结系数与固结压力、时间及压缩指数的关,揭示了太湖第四纪沉积区软土的次固结特性.利用扫描电镜试验( SEM)和X射线能谱仪对软黏土中常见的微量元素进行测定,计算其相对百分比并分析了该土的矿物成分和微观结构组成.实验结果表明,该黏土主要以高岭石、埃洛石(伊利石)、水云母(蒙脱石)为主(其中硅为其主要成分,局部的矿物组成有稍许不同).     

应力路径对重塑黏土有效抗剪强度参数的影响

为探讨应力路径对黏土有效抗剪强度参数的影响,即临界状态线的惟一性问题,在确保试样的初始状态、应力历史、排水条件、加荷速率、试验仪器、破坏取值标准均一致的前提下,进行了常规三轴压缩与等p三轴压缩应力路径下同种重塑黏土的固结排水剪切试验.得到了两种应力路径下的有效抗剪强度参数和临界状态线参数,试验结果证实不同应力路径下重塑黏土有效抗剪强度参数有较大差别,临界状态线不惟一.定性分析表明:相对于常规三轴压缩路径,重塑黏土在等p三轴压缩路径下具有较低、有效内摩擦角的原因是剪切过程中围压的降低造成侧向卸荷引起的土体抗剪能力下降;产生凝聚力的原因是在排水剪切过程中存在超固结效应.     

偏高岭土基地聚物改良土最优配比及固化效果分析

地聚物是一种具有快硬、高强、低收缩等特点的新型绿色胶凝材料,对于改善软弱土体的坚固性、稳定性和耐久性十分有利。通过对偏高岭土基地聚物改良土开展不同配比下的强度特性试验及扫描电镜试验,探讨了地聚物改良土的最佳配比,分析了地聚物材料组分对改良土力学特性及固化效果的影响,结果表明：地聚物改良土抗压强度随偏高岭土和碱激发剂掺量的增加呈现先增后减趋势,偏高岭土和碱激发剂掺量最优配比为2：1,且二者在土中的最经济掺入比为12%;相同掺比下的地聚物改良土和普通硅酸盐水泥土、以及纯黏土的抗压、抗剪、抗劈裂强度及电镜扫描结果则表明,地聚物改良土强度性能均优于其他两者,团聚固化效应依次减弱;地聚物改良土破坏现象表明,随着地聚物掺量增加,其破坏模式由塑性剪切破坏向脆性劈裂破坏发展。本文成果可为偏高岭土基地聚物改良土的应用推广提供参数设计依据。     

宁明非饱和膨胀土的抗剪强度

用GDS非饱和三轴试验系统对宁明膨胀土进行了饱和状态下的固结排水试验以及控制基质吸力的非饱和三轴排水试验,分析得到了不同基质吸力下非饱和土的总粘聚力及吸附强度与吸力之间的关系.并对试验结果进行了数值拟和,由此获得了宁明膨胀土非饱和抗剪强度表达式.将参考文献中同类试验结果代入,同样满足此关系.     

复合土壤胶结料的性能试验研究

通过大量的室内实验,分析讨论了复合土壤胶结料材料的性能,以及掺量、固化对象、养护条件等因素对材料性能的影响,并对比分析了胶结料固化土和水泥土的抗压强度及微观结构.研究结果表明:复合土壤胶结料与土壤拌合后,发生水化作用并形成具有胶凝性的水化产物使土粒固结,形成板体结构.复合土壤胶结料具有较强的适应性、较高的固结强度和良好的水稳定性.     

钢渣粉固化淤泥质水泥土强度特性试验研究

采用电子探针、X射线衍射、扫描电镜等研究方法,分析了钢渣粉的化学成分、矿物组成及微观结构,结果表明钢渣粉具有胶凝潜力。把钢渣粉作为淤泥质水泥土的外掺剂,制备钢渣粉淤泥质水泥土试块,通过无侧限抗压强度试验研究钢渣粉掺入比对淤泥质水泥土无侧限抗压强度的影响。试验发现在水泥掺量和龄期相同的条件下,随着钢渣粉掺量的增加,水泥土试块的无侧限抗压强度先增后降,当控制好钢渣粉掺量时,可以有效提高淤泥质水泥土的强度。最后,在结合试验数据的基础上,从理论上分析了水泥和钢渣粉加固淤泥质土的作用机理,为钢渣粉在水泥土中的应用提供了理论依据。     

土体卸载与加载的差异性

就卸载后土体在压缩变形、静止土压力、卸载强度等方面与加载状态下明显的差异性，进行了探讨性的试验分析，并指出：建立卸载理论的突破点在于强度理论对应力历史的考虑。