风化砂改良膨胀土击实特性研究

结合宜昌市小溪塔至鸦鹊岭一级公路改建工程,通过筛分和室内重型击实试验研究天然级配和不同粒径风化砂对膨胀土击实指标的影响.结果表明,掺入风化砂之后,膨胀土的颗粒分布曲线发生变化,改善了膨胀土的含水特性和压实特性:随着掺砂比例的增大,掺砂土样的最佳含水率降低、最大干密度增大;掺入风化砂的粒径越大,掺砂土样的最大干密度越大、最佳含水量越低,越能够降低膨胀土的施工和控制难度.     

碳纤维微生物固化砂力学性能及颗粒形状分析

微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbial Induced Carbonate Precipitation,简称MICP）技术已被广泛应用于土体加固。纤维的加入可以降低微生物固化砂土的脆性,但从颗粒形状方面探究掺碳纤维微生物加固砂土的力学特性还未成体系。因此,本文采用不同含量的碳纤维掺入硅砂和钙质砂中,利用无侧限抗压强度试验、SEM电镜扫描和光学显微镜试验,研究了碳纤维掺量及颗粒形状对MICP固化砂土的影响。试验结果表明：碳纤维的加入可以有效提高微生物固化砂土的无侧限抗压强度,随着纤维掺量的增加先增大后减小,纤维在硅砂和钙质砂中的最优掺量分别在0.1%~0.3%和0~0.2%之间取得。纤维的加入增加了细菌的滞留从而增加了颗粒间碳酸钙的生成,从而表现为添加纤维后的试样无侧限抗压强度普遍高于未添加纤维的试样。且因硅砂的圆度低于钙质砂,粗糙度高于钙质砂,说明硅砂整体咬合力与内摩擦力高于钙质砂,总体上表现为硅砂的无侧限抗压强度普遍比钙质砂高。     

利用微生物矿化技术加固粉土试验研究

利用微生物矿化技术加固土体已成为土木工程的研究热点,但目前的处理对象主要为松散砂土,关于加固粉土的研究比较缺乏.本文以海相粉土为研究对象,选用巴氏芽孢杆菌为微生物、采用尿素和氯化钙为胶结液对粉土进行处理.由于微生物难以渗入孔喉尺寸小的粉土,采取将菌液与粉土拌合制样,然后入渗若干轮胶结液的加固方法.水稳定性和无侧限抗压强度试验表明,该方法能对粉土进行整体加固,胶结液浓度和入渗轮数对加固效果有明显影响.随着胶结液入渗轮数和浓度的增加,试样中沉积的CaCO_3逐渐增多,但高胶结液浓度1.5 mol/L时的强度较低.针对试样处理后强度增幅有限的问题,对试验方法进行了改进:菌液在土中密封贮留12 h后即开始入渗后续的胶结液.对比发现,改进方法后试样的无侧限抗压强度得到了明显提高.处理后试样的扫描电镜(SEM)结果表明,改进后土中沉积生成的六面体碳酸钙晶体尺寸更大,能更有效地将土颗粒进行胶结.     

微生物诱导碳酸钙沉积加固海相粉土的试验研究

通过微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)来改良加固土体是当前岩土领域的研究热点,但关于处理粉土方面的研究相对较少.本文以江苏省吹填工程为背景,选用巴氏芽孢杆菌作为微生物、尿素和氯化钙作为胶结液,采用注浆的方法对海相粉土进行加固.通过试验发现,相比菌液和胶结液交替注入的方法,采用首轮注入菌液然后多轮注入胶结液的方法加固效果较好.注浆时的一个重要参数是不同轮次注入液体的间隔时间.根据不同间隔时间的对比试验,选择12h的间隔时间有利于碳酸钙在试样中的均匀沉积,处理后的试验强度较高.胶结液浓度会影响加固试样的强度,不同胶结液浓度的对比试验表明,采用低浓度多轮次的胶结液处理效果较好.最后,通过试验分析了环境温度对微生物注浆的影响.本次试验成果可以为微生物技术在海相粉土中的应用提供理论支持和参考.     

石灰改良不同含砂率粉土室内试验研究

通过人工配制不同含砂率(10%、30%、50%)粉土,对其采用熟石灰进行室内改良试验,探究不同配比(3%、5%、7%)石灰改良剂对含不同砂率粉土的改良效果,结果表明:在本试验确定含砂率范围内,随着含砂率的增大,素土最大干密度先增大后减小,最优含水率保持在15%左右;对同一含砂率粉土而言,石灰改良土的最大干密度明显低于素土,加大石灰掺量时,这种趋势愈发显著;适当增大含砂率使得土颗粒中粗粒增多、级配更加合理,粉土的强度有着增大趋势;对于不同配比的石灰改良土,随着石灰掺量的增加,改良土的强度明显提高;在恒定压实度(96%)下,改良土的加州承载比(California bearing ratio,CBR,下同)要明显高于素土,改良剂对粉土起到很好的稳定作用.对比含砂率与改良剂掺量对粉土强度的影响,可以看出改良剂掺量对粉土强度起到决定性作用.该研究可为石灰改良粉土路基提供工程实用参考.     

一种估算MICP加固砂土体渗透系数的简便方法

基于Kozeny-Carman(K-C)方程和微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbial Induced Carbonate Precipitation, MICP）技术原理，提出一种MICP加固砂土体渗透系数的简便算法. MICP产生的碳酸钙填充土体孔隙，采用电镜成像法得到碳酸钙晶体的粒径，推导得固化砂土体的孔隙比和颗粒平均比表面积.将固化砂土体的孔隙比和颗粒平均比表面积代入K-C方程，得到预测MICP加固砂土体渗透系数的简便算法，并经已有文献试验数据和研究结果验证，结果表明：孔隙比减小和颗粒平均比表面积增大导致MICP固化砂土渗透系数显著降低，算例一土体的渗透系数最终下降了93%-97%，算例二碳酸钙含量达到10%时，渗透系数下降了67%-92%;MICP固化砂土的渗透系数下降速率开始加固时最大，随着碳酸钙含量逐渐增加，渗透系数下降速率逐渐减小；初始渗透系数越大的土体，加固效果越明显，渗透系数的下降速率和下降幅值更大；该算法简便可靠，能较为快速和准确预测MICP加固砂土体的渗透系数，为工程实践提供了理论依据.     

饱和粉土变形特性三轴试验

对取自南京市某拟建高速公路路基的粉土,在室内按不同的干密度和含水率进行了试样重塑。按不同干密度和不同初始制样含水率进行饱和三轴固结排水剪切试验,测得不同围压条件下的固结排水剪应力-应变曲线以及有效应力比曲线形态等工程特性。分析了粉土干密度、初始制样含水率和围压对饱和粉土强度的影响。试验结果表明:粉土的强度随干密度的增加而变大,随围压增大而增加;初始制样含水率对粉土的强度有不同程度的影响;粉土的应力应变表现为弱应变软化型。     

风化砂改良对膨胀土性能的影响

采用宜昌市广泛分布的风化砂对某一级公路改建项目的膨胀土进行改良。通过改良土室内胀缩性分析,表明采用风化砂改良膨胀土能显著抑制其胀缩特性; 通过室内CBR(加州承载比)试验,得出了掺入风化砂能显著提高原状膨胀土的CBR值,使之达到公路路用标准。探讨了不同的初始干密度、不同掺砂比例对膨胀土CBR值的影响。结果表明:初始干密度和掺砂比例对CBR值有很大的影响,在初始干密度一定时,CBR值随着掺砂比例的增加总体上有所增大; 在掺砂比例一定时,CBR值随着初始干密度的增加而增大。在相同掺砂比例下,CBR值与初始干密度呈幂函数关系。在相同干密度时,当CBR值与掺砂比例在初始干密度较小时,呈线性相关关系; 当初始干密度较大时,呈指数函数关系。     

微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的注浆方法

为了探讨微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)在实际工程中的应用方法,尝试注浆管MICP加固土体,即在土体中插入不同分布密度注浆孔的注浆管,将菌液和胶结液通过注浆管注入土体中,从而形成加固体,并通过对比试验,研究注浆管MICP的加固效果。试验结果表明,经过注浆管MICP处理,能形成完整的且强度较高的固化砂柱,并且固化砂柱的强度比较均匀。     

胶结液参数对微生物加固粉土的影响

胶结液对微生物土体加固具有重要作用,以海相粉土为处理对象,选用巴氏芽孢杆菌作为微生物、尿素和氯化钙作为胶结液,研究胶结液参数对加固效果的影响.采用将菌液与粉土拌合制样,然后入渗多轮胶结液的方法对试样进行有效加固.通过试验研究了浓度、轮数、配比、体积等胶结液参数对加固效果的影响.结果 表明:当胶结液浓度不低于0.50 mol/L时,试样水稳定性较好;试样中沉积的CaCO3数量和无侧限抗压强度随着胶结液相对用量增加而提高,但当胶结液浓度为1.50 mol/L时,CaCO3均匀性和无侧限抗压强度都有明显下降;增加胶结液中尿素的比例对加固效果的影响很小;减小每轮胶结液入渗体积会使加固的整体性明显下降,因此每轮胶结液的体积不应低于孔隙体积.试验和SEM结果表明,胶结液浓度会影响CaCO3分布和晶体大小,从而影响加固强度.     

玄武岩纤维加筋微生物固化砂力学特性试验

针对微生物固化土体抗变形能力差、韧性低的特点,将离散的玄武岩纤维掺入到砂土中进行微生物固化处理,结合无侧限抗压强度试验和显微镜下观测,从宏细观角度研究不同纤维长度和掺量条件下玄武岩纤维对微生物固化砂土强度和韧性的影响.结果表明:玄武岩纤维加筋能够改善微生物固化砂土的强度和韧性;纤维长度的影响与纤维掺量密切相关,当纤维掺量较低时,试样的强度和韧性随着纤维长度的增加而增强;当纤维掺量较高时,试样的强度和韧性随着纤维长度的增加先增强后减弱;随着纤维掺量的增加,试样的强度和韧性均先增强后减弱,最优纤维掺量为0.3%～0.5%;研究范围内玄武岩纤维加筋最优条件为0.3%纤维掺量和20 mm纤维长度.     

不同粒径风化砂改良膨胀土的特性试验

土的粒径对土的压实性、强度以及胀缩特性有一定的影响。为研究不同粒径的风化砂对膨胀土特性的影响及其影响规律,本文结合宜昌市风化砂改良膨胀土特性试验研究,对粒径(d)为0.5mm、0.5mm≤d1mm及1mm≤d2mm的风化砂改良膨胀土进行了无荷膨胀率、收缩、直剪和击实试验,得到不同粒径、不同掺砂比例改良膨胀土的击实、强度和胀缩指标。试验结果表明,掺入风化砂能够有效抑制膨胀土的胀缩特性,改善压实特性,提高膨胀土的强度;掺砂之后,膨胀土的最佳含水率、无荷膨胀率、线缩率、体缩率及收缩系数均降低,最大干密度、内摩擦角、缩限均增大。同一掺砂比例下,随着粒径的增大,膨胀土的无荷膨胀率、线缩率和体缩率均减小;内摩擦角、黏聚力、最大干密度及缩限均增大。同一粒径下,随着掺砂比例的增大,膨胀土的最佳含水率、无荷膨胀率、线缩率和体缩率均降低;缩限和内摩擦角均增大;黏聚力随着掺砂比例的增大先增大后减小。当粒径为1mm≤d2mm和0.5mm≤d1mm时,掺砂20%时黏聚力达到最大值;当粒径为0.5mm时,掺砂10%时黏聚力达到最大值。最大干密度的变化趋势随着风化砂粒径的改变而改变,当粒径为1mm≤d2mm时,最大干密度随着掺砂比例的增加而增大;当粒径为0.5mm≤d1mm时,最大干密度随着掺砂比例的增大先增大后逐渐减小,掺砂30%时,最大干密度达到最大值;当粒径为0.5mm时,最大干密度随着掺砂比例的增大先增大后减小,掺砂20%时,最大干密度达到最大值。     

黏土夹层对共振法加固效果影响试验研究

为研究黏土夹层对共振法处理可液化砂土地基效果的影响,按比例制备十字翼振杆并开展相关模型试验.根据加固前后轻型动力触探击数N_(10)、土颗粒峰值振动加速度a和砂土相对密度D_r的变化,分析了黏土夹层对土体强度、能量传递规律及密实程度的影响.结果表明,N_(10)和a值随着测点与振杆径向距离的增加而减小.受黏土夹层影响,加固前后土体强度增长幅度降低64%～127%,a值也相应减少,且振动有效影响半径由0.4 m减少为0.3 m,砂土相对密实度增长幅度下降4.2%～9.7%.现场标贯试验及地表峰值振速监测结果进一步验证了模型试验的可靠性.地基中黏土夹层可使振点处的排水通道受阻,降低土体排水固结及能量传递效率,减弱了加固效果.     

ISS加固土的微观结构及强度特征

通过化学分析、SEM电镜扫描分析、无侧限抗压强度等实验，研究了ISS加固粉土质砂和砂质低液限粉土的微观结构及其强度特征，结果表明：ISS的掺入，使土体易土压实，孔隙体积减小，密实度提高，从而提高土的强度。ISS加固土中适量掺入水泥，可以明显提高加固土的早期强度，且能生长出纤维状矿物，充填在土颗粒之间的孔隙中，使加固土强度和抗变形能力得到显著提高。     

微生物与水泥固化南海珊瑚砂的强度及微观特征对比试验

近年来微生物诱导碳酸钙沉积技术（MICP）在土体加固领域受到广泛关注，但对MICP技术和水泥固化珊瑚砂的力学特性对比研究尚不充分。为了对比MICP珊瑚砂砂样和珊瑚砂水泥砂浆试样的力学特性，本试验分析了两者的破坏形式和应力应变曲线，并通过SEM试验比较了两者的微观结构。试验结果表明:当试样内部碳酸钙/水泥含量少于15%时，MICP试样的无侧限抗压强度要显著高于水泥砂浆试样，尤其是碳酸钙含量为5.3%、7.7%、9.1%时，MICP试样的无侧限强度为相应水泥砂浆试样强度的200%以上；当碳酸钙/水泥含量高于15%时，二者强度差值在5%以内。同时，MICP试样和珊瑚砂水泥砂浆试样的微观结构存在明显差异性。     

基于微生物诱导碳酸钙沉积的防风固沙试验研究

为将微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术用于风沙土的表面固化,需要对这一过程的影响因素和规律进行探究.利用标准砂模拟风沙土进行相关试验,试验变量包括处理液浓度、细菌浓度、处理液体积和处理温度,从风洞试验、表面强度试验、碳酸钙含量测定三个方面对处理后的试样进行对比评估.结果表明,试样表面由于生成了碳酸钙沉淀而形成了一层硬壳层,赋予试样一定的抗风侵蚀能力.当处理液体积为4 L/m~2,温度为20℃,处理液浓度为0.1 M,细菌浓度OD_(600)=0.6时,MICP加固的试样开始具备良好的抗风侵蚀能力.     

不同级配填土压实及渗透特性试验研究

针对不同级配的粉土、黏土,进行了粉土、黏土的击实特性试验和渗透特性试验研究,绘制了不同击实功作用下和不同级配粉土、黏土的干密度曲线,得到了不同击实功作用和不同级配的粉土、黏土干密度变化规律,探讨了不同压实度的粉土、黏土的渗透特性。试验结果表明:不同级配的粉土、黏土中存在一个最佳击实功,并且在该击实功下,可获得其最大干密度;与此同时,黏土可以通过掺入粗颗粒改变其压实特性,而对于粉土,通过掺入粗颗粒改变级配,并不能有效地改变其压实特性;填土的渗透特性随着压实度的增大而呈现非线性变化。     

微生物诱导碳酸钙加固砂土的尺寸效应

采用尺寸不同的2组模型槽,进行微生物诱导碳酸钙(microbial induced calcite precipitation, MICP)的注浆试验,通过比较加固效果,研究MICP试验中的尺寸效应.试验结果表明:试件的尺寸对MICP试验加固效果影响较大,模型槽尺寸较大时,其无侧限抗压强度和CaCO_3含量均大于小尺寸试件,加固效果更加显著;较大尺寸的模型槽试验中,液体具有更多的有效渗透路径,从而使菌液和胶结液能够更充分地与砂土结合、反应,故MICP试验中的CaCO_3生成量增多,使颗粒间胶结得越牢固,砂样的整体强度越高.     

改良微生物诱导碳酸钙沉淀技术加固粉性土力学性能

微生物诱导碳酸钙沉淀技术(microbially induced calcite precipitation,MICP),是近年来在国内兴起的一项多学科交叉的技术,工程技术人员将它引入到土木工程中,使得土体各项性能得以改良;黄河中下游的粉性土水稳定性差,毛细水作用大,干燥时强度高但潮湿时强度显著下降,利用MICP技术加固粉性土值得研究.以粉性土为研究对象,首先研究了不同糯米浆浓度下土样的力学性能,以最优糯米浆浓度作为改良材料对MICP技术进行改良;其次控制胶菌质量比为2∶1,研究了不同胶结液浓度下MICP技术的产碳酸钙量以及Ca2+转化率,得出MICP技术的最佳配比,结合最优糯米浆浓度形成改良MICP技术;最后研究了素土、MICP加固土、改良MICP加固土土样养护7d后的力学性能.研究表明:土样最优糯米浆浓度为3％,此时土体无侧限抗压强度与内摩擦角达到最大;MICP技术最佳配比为2:1胶菌质量比、0.5 mol/L胶结液浓度,此时产碳酸钙量最多且Ca2+转化率在80％以上,添加3％糯米浆浓度的改良MICP技术Ca2+转化率在90％以上,比MICP技术高10％;通过土的直接快剪试验和无侧限抗压强度试验,MICP加固土的黏聚力提高了约30％,内摩擦角变化不大,改良MICP加固土的黏聚力提高了约50％,内摩擦角提高了约17％.     

微生物固化含黏粒花岗岩残积土的强度机理研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可以改善花岗岩残积土的工程力学特性,但其固化效果受黏粒含量的影响较大。在花岗岩残积土中掺加不同黏粒进行MICP固化试验,对固化后的土样测定其碳酸钙含量,并进行无侧限抗压强度试验,研究不同黏粒含量对固化效果的影响。在此基础上,开展了固化后试样的核磁共振试验(NMR),从细观角度研究黏粒含量对花岗岩残积土的固化机理。结果表明：微生物固化土样的强度主要包括土体骨架强度和碳酸钙胶结强度两部分,前者受土体自身孔隙率影响,后者则通过碳酸钙晶体的沉积量影响固化土样的强度;随着黏粒含量的提高,试验土样内孔隙率缩小,碳酸钙的沉积量也随之减小,固化后的强度提高不明显;掺加适量的红黏土(最优黏粒含量为60%),在不改变土样其他性能条件下可以获得较高的固化强度。