有机固化剂作用下重金属污染土的力学体变特性

在低围压90、120、240 k Pa和相对中高围压600、900、1 200 k Pa的条件下,对原状土、重金属污染土与添加有机固化剂(环氧固化剂1.5%、环氧固化促进剂2.6%、稀释剂1.0%)的重金属污染土试样进行了三轴固结排水剪切对比试验,并绘制了3种土样的力学体变特性曲线.试验结果表明:添加有机固化剂能显著提高重金属污染土的强度,有效改善重金属污染土在低围压作用条件下体胀、中高围压下作用下体缩的力学特性.根据Pietruszczak硬化准则建立了重金属污染土的双屈服面体变本构模型,该模型克服了传统单曲面模型不能描述污染土体变临界状态的缺陷,较为合理地反映了重金属污染土的体变过程.     

碱污染黏土变形特性及微观结构演化规律的试验研究

以黏土在碱液环境下力学性质的改变为工程背景,研究不同浓度 NaOH 溶液作用下压实黏土的力学特性变化。采用压汞试验、扫描电镜试验对黏土微观结构进行观测,得到如下结论：NaOH 溶液的引入将引起黏土的抗剪强度降低,引入碱液的浓度越大,剪切强度指标下降得越多,碱液质量分数从0提高到到24％时,黏土黏聚力仅为原状土的49．7％,最大抗压强度仅为原状土的25％左右;NaOH 溶液的引入将对黏土颗粒进行严重的腐蚀,溶蚀其中的胶结物质,造成黏土内部总孔隙度的增加,整体呈松散结构,团聚体结构越加疏松,团体间孔隙更加分散,黏土表面的孔隙极度发育,结构松散度极高。在孔隙观测试验中,观察到碱液的腐蚀作用使得黏土体内部的小孔向大孔转化现象。     

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.     

孔隙溶液对膨胀土微观结构的影响

采用压汞试验和扫描电镜试验,对不同干密度(1.3,1.5,1.7 g/cm~3)的压实膨胀土试样受不同浓度(0.0,0.5,1.0,2.0 mol/L)的NaCl溶液饱和后微观结构的演化进行了详细研究.压汞试验结果表明:NaCl溶液对土中小、微孔隙的影响显著,随着NaCl溶液浓度的增加,小、微孔隙减少,且这种影响随着初始干密度的增加而更为明显.扫描电镜图像显示出NaCl溶液浓度对黏土微观结构的整体形态影响非常明显,钠离子浓度增加后,土颗粒集聚化,使土体表现得非常致密,土中出现架空贯穿孔隙.     

磷酸镁水泥固化铜污染土的工程特性

为研究不同水泥固化重金属污染土的处理效果和工程特性,取掺重金属铜的高岭土作为研究对象,考虑磷酸镁水泥(magnesium phosphate cement,MPC)掺量、养护龄期、初始铜离子浓度三种因素,研究了MPC固化后重金属铜污染土的固化效果及特性.基于无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验,分析了三种因素对固化铜污染土的强度和微观结构的影响,并得到固化土抗压强度与内部孔隙所占百分比之间的关系.无侧限强度试验结果表明,MPC固化铜污染土的效果显著;随着MPC掺量的增多和养护龄期的增长,固化土的抗压强度增大;随着初始铜离子浓度的增大,固化土的抗压强度减小,且当污染土中铜离子浓度过高时,固化效果降低.微观试验结果表明,固化过程中既有物理包覆又有化学反应,随着MPC掺量的增多、养护龄期的增长,固化土的孔隙百分比降低,结构变得更加致密,随着初始铜离子浓度的增大,孔隙所占百分比增大,土体结构变得疏松,固化土体强度降低.     

固结蠕变下软土微观结构参数的定量分析

为了探究土的微观结构特性和更加准确的描述土的变形过程,从微观上分析珠三角地区软土的固结蠕变,对软土的微观结构特征、孔隙个数和直径、孔隙和颗粒丰度、孔隙定向频率等方面进行了定量分析,对代表性广州番禺地区的土样试验结果表明:原状土样的微观结构主要是以蜂窝状和基质状结构为主,土体颗粒接触方式主要为点-点接触和点-面接触;当施加轴向固结荷载时土体的结构发生变化,轴向荷载较大时,土体的微观结构以紧密的骨架状和紊流状结构为主,土体颗粒的接触方式以面-面接触为主。软土在蠕变过程中,土体颗粒和孔隙大小的变化都遵循大孔隙优先改变原则,颗粒和孔隙的边界变得圆滑且形状趋向于扁圆形。蠕变后,颗粒和孔隙的个数有明显增加,直径都有明显减少,孔隙丰度值和复杂度有所降低。原土的分形维数高于土体蠕变变形后的分形维数。当固结应力增大时,土中孔隙的分形维数不断减小,大孔隙不断减少,大颗粒破损,小颗粒被挤入大孔隙中,颗粒和孔隙朝着均匀化方向发展。     

铁路基床翻浆冒泥病害成因的细观机理分析

基于朔黄铁路基床填料动力响应特性试验数据,建立PFC2D饱和粗颗粒土动三轴数值模型,选用线性黏结颗粒接触反映粗颗粒土的黏结特性,从细观力学和几何学角度研究翻浆冒泥病害形成的细观机理。结果表明:该数值模型能较好地反映粗颗粒土的动力响应特性。振动荷载通过改变土体颗粒与颗粒之间的接触荷载,破坏颗粒间的黏结键,形成自由颗粒和孔隙,造成基床软化,并最终形成翻浆冒泥病害。围压和土体颗粒间黏结作用越小,试样越容易发生软化,形成翻浆冒泥病害,基床强化应从改善基床表层和道床的围压状态以及提高颗粒间的黏结强度两方面采取措施。     

基于渗透吸力的侵蚀黏土强度模型

为定量研究孔隙流体化学性对黏土力学特性的影响,针对构成土体单元的土颗粒、孔隙流体和结合水膜三相开展受力平衡分析,通过理论推导证明渗透吸力可作为控制土体力学性状的独立应力状态变量。采用不同质量浓度CuCl₂溶液与贵州黏土拌合制成的重塑土样作为研究对象,开展室内三轴固结不排水剪切实验,并测定试样孔隙液的电导率,计算渗透吸力。基于三轴实验结果,拟合得到法向应力和渗透吸力两个独立应力状态变量共同作用下的扩展摩尔-库仑强度模型。结果表明:随着重金属Cu²⁺质量浓度的增加,孔隙流体对土颗粒的渗透吸力增大,土体的抗剪强度降低,有效抗剪强度指标黏聚力和摩擦角均呈现降低趋势。所得强度模型能够有效地评估地基承载力,对解决场地污染土体引发的工程问题具有参考价值。     

铜污染宁明膨胀土的微观形态及剪切强度特性

通过开展不固结不排水(UU)三轴剪切试验,分析了铜污染宁明膨胀土的剪切强度变化规律。通过扫描电子显微镜(SEM)试验、X射线荧光光谱分析以及马尔文激光粒度试验,研究了铜污染宁明膨胀土的微观机理与粒径变化特征。试验结果表明:宁明膨胀土表现出较为明显的应变硬化趋势,随着Cu~(2+)质量浓度的增大,宁明膨胀土的抗剪强度明显减弱,硬化趋势也逐渐弱化。由于铜的侵蚀,宁明膨胀土的Al、K、Fe元素的质量分数随Cu~(2+)质量浓度的增大而减少。铜污染后土颗粒间的孔隙增大,面-面叠聚作用明显增强,土颗粒骨架更为脆弱。铜污染后的宁明膨胀土中,粒径约为22μm的微团聚体分解,粒径约为4μm的颗粒累积量随Cu~(2+)质量浓度的升高而逐渐升高。     

锌污染红黏土的力学性质与微观结构试验

通过三轴试验和扫描电镜试验,分析了污染红黏土的力学特性与锌离子掺量的关系,探讨了不同锌离子掺量下污染红黏土的微观结构变化。研究结果表明:重塑红黏土应力-应变关系曲线呈硬化型,围压和抗剪强度呈正比,土颗粒主要以叠片状、块状单元等凝聚形式搭建结构骨架。锌离子掺量越高,红黏土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角越小,整体孔隙逐渐增多,孔隙率和分型维数越大,结构越不稳定。     

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。     

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.     

Pb（II）污染土抗剪强度及电阻率特性研究

通过研究不同铅污染含量在快剪试验中的抗剪强度和电阻率的变化,探讨了剪应力和剪切位移、抗剪强度和铅污染含量、电阻率和剪切位移及抗剪强度和电阻率的关系。结果表明:铅污染土在剪切过程中没有明显的屈服点,剪应力随剪切位移的增加而增大;受铅污染土壤抗剪强度略大于未污染土壤;铅污染土壤的抗剪强度在5 mg/kg时比未污染土壤大,之后随污染浓度呈现先减小后增大的趋势;电流频率为低频(50 Hz)和高频(50 kHz)时,电阻率随剪切位移变化趋势相同,均先减小后增大,在4 mm左右最小,但50 k Hz时的电阻率曲线更光滑,更能有效地反映铅污染土在剪切破坏的过程中电阻率变化情况,采用电流频率为50 kHz的电阻率能较好地判断铅污染土的剪切破坏位移。     

水泥砂浆固化土抗压强度特性试验

为论证水泥砂浆固化土工程应用的可行性,通过设置不同掺砂量、含水率、砂料粒径和养护龄期条件,对水泥砂浆固化土进行无侧限抗压强度试验.试验结果表明:(a)掺砂可提高水泥砂浆固化土的抗压强度,尤其是早期强度.一定水泥掺入比条件下,当掺砂量处于最优掺砂率(10％左右)时水泥砂浆固化土的强度特性改善幅度最大,掺砂量超过最优掺砂率后水泥砂浆固化土的抗压强度无显著提高.(b)水泥砂浆固化土的抗压强度随原料土含水率的增加而减小,当原料土的含水率较低或养护龄期较短时,水泥砂浆固化土的抗压强度下降幅度均较大,当含水率较高时水泥土掺砂难以达到预期的固化效果.(c)砂料粒径变化对水泥砂浆固化土的抗压强度影响较小,水泥砂浆固化土强度随着粒径的增大略有提高;砂料粒径变化对水泥砂浆固化土变形系数的影响较大,两者近似成正比关系,在实际工程中无需对砂料进行筛分而直接运用即可获得较好的处理效果.(d)水泥砂浆固化土无侧限抗压强度试验的破坏模式多为脆性张裂破坏和塑性剪切破坏.随着养护龄期的延长以及掺砂量的增加,脆性张裂破坏更为显著.     

酸性环境对污染土力学性质的影响

为研究水-土化学作用的物理力学效应,人工方法制备经硫酸长期浸泡后造成的3种不同pH环境下的土样试件,通过压缩变形性质、界限含水率和三轴固结不排水试验研究了不同酸性环境对污染土的力学性质和变形特性的影响.结果表明:硫酸浸泡过的土的压缩变形包括土体中孔隙水排出带来的弹性变形,还包括土体结构链接发生破坏和变位引起的塑性变形,导致其压缩量较原状土的压缩量大;pH值越低,硫酸溶液浓度越大,发生溶蚀破坏越剧烈,孔隙比越大,压缩系数越大,压缩模量越小;随着pH值的降低,扩散双电层被稀释,土的可塑性变弱,液限和塑性指数都减小;3种pH环境下土体均表现出应变硬化现象,pH=6.0时土体强度增高,而pH=4.0的土体强度低于蒸馏水浸泡过的土体;这与土壤黏粒部分所含的矿物成分密切相关;随着pH值的降低,土的有效应力路径都向左发生偏转,说明土体中的孔隙水压力的上升值和上升速度越大.     

固化/稳定化重金属污染土力学及浸出特性试验研究

为解决传统固化剂在固化/稳定化法处理重金属复合污染土和重度污染土方面存在的不足,研发了一种新型固化剂。以人工制备的Pb、Cd、Cu复合重金属污染土壤为研究对象,开展了室内无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验。在此基础上分析了固化体力学特性、浸出特性等随养护龄期、污染土粒径、重金属污染水平的变化规律。以某金矿区三处重金属污染土壤为治理对象,开展了相关测试,验证了新型固化剂对于重金属污染土的固化效果。研究表明：新型固化剂对于复合重金属污染土和重度污染土的效果较好;固化体无侧限抗压强度随养护龄期的增加而增大,随重金属污染水平、污染土粒径的增加而降低,固化体强度达17.35-33.45 MPa,均能满足固废填埋标准及建筑材料强度要求;重金属浸出浓度随养护龄期的增加而降低,随着污染土粒径和污染水平的增加而增加,浸出浓度均远低于（<0.1%）浸出安全标准限值,固化率>99.99%。所研发的高效重金属污染土固化剂,可用于重金属污染场地的固化修复及资源化利用。     

石灰土填料抗剪强度试验研究

模拟石灰土在工程中的应力状态,利用静三轴CU试验研究了石灰土的应力-应变关系及强度特性,探讨了在不同石灰掺入比的情况下石灰土抗剪强度指标的变化规律,分析了素土和石灰土的变形破坏模式;采用扫描电镜(SEM)照片及能谱分析(EDS)研究了掺灰比不同的石灰改良土的微观结构和矿物构成,并结合三轴实验结果,从微观结构上研究了石灰...     

冻融侵蚀作用下工业矿渣固化/稳定化铅污染土固化体的工程特性

为了探明冻融侵蚀作用下工业矿渣固化/稳定化铅污染土固化体的工程特性的变化规律,采用高炉矿渣、氧化镁和磷酸二氢钾(简称GPM)对某工业铅污染土固化/稳定化修复,采用室内试验评估了冻融侵蚀作用对工业矿渣铅污染土固化体水力特性、溶出特性和孔隙特性的影响规律,并将普通硅酸盐水泥(简称OPC)做为对比固化剂。结果表明：冻融侵蚀会劣化铅污染土固化体的工程特性,GPM固化体的耐侵蚀能力高于OPC固化体,冻融侵蚀后的GPM固化体的损失量和水力特性均明显好于OPC固化体。溶出试验结果表明：OPC对高含量的铅污染土修复效果极差,且冻融侵蚀前后OPC固化体内Pb溶出浓度均高于5mg/L,而GPM对于高含量的铅污染土修复效果显著,冻融侵蚀前后GPM固化体内Pb溶出浓度均高于0.1mg/L。孔隙试验结果表明,冻融侵蚀会增大铅污染土固化体的孔隙体积,但冻融侵蚀后的GPM固化体的孔隙体积明显小于OPC固化体。GPM铅污染土固化体良好的工程特性和较低的环境风险,具有在重金属铅污染场地推广使用的潜力。     

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).