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。     

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。     

上海某吹填场地砂土固化试验分析

固化方法是目前转化为可用土资源常用的方法,土壤固化剂是一种显著的改变土壤物理力学性能,使之成为相对强度高、收缩量小、压实度高、不会出现"再次泥化现象"的新型工程材料。该文对上海某吹填场地砂土中添加固化剂后形成的固化土在室内开展了一系列工程特性试验研究,并得到了固化土的压缩模量、抗剪强度与掺量、养护龄期之间的关系。根据室内试验结果,就不同固化剂、掺量和养护龄期对加固土压缩模量和抗剪强度的影响进行分析。     

基于分形理论的疏浚淤泥固化土孔隙结构定量化研究

在分析疏浚淤泥固化土试样累计进汞曲线及SEM照片的基础上,基于分形理论,求得疏浚淤泥固化土孔隙结构的分形维数,确定了分形维数与微观结构参数、宏观力学性质以及固化材料比例之间的关系.研究结果表明:疏浚淤泥固化土微观孔隙结构具有明显的分形特征,其分形维数在2.8~3.2.并且,疏浚淤泥固化土的分形维数与平均孔径、孔表面积、承载比、黏聚力、内摩擦角以及矿粉掺量之间均具有很好的相关性:分形维数越大,疏浚淤泥固化土的平均孔径越小,比表面积越大,压缩指数越小,承载比、黏聚力和内摩擦角越大;分形维数随着配比中矿粉掺量的增加逐渐增大.采用分形维数可很好地定量描述疏浚淤泥固化土孔隙结构特征及力学特性,也可为疏浚淤泥固化土宏微观特性分析及模型的建立提供数据支持.     

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。     

考虑3种因素影响的硫氧镁水泥固化土修正邓肯-张模型

为了研究初始含水量(w)、固化剂掺量(Wg)和龄期(T)对硫氧镁水泥固化土力学特性的影响规律,开展不同初始含水量、固化剂掺量和龄期下硫氧镁水泥固化土的不排水三轴试验,并根据试验结果建立邓肯-张模型参数K,c,φ与w,Wg,T关系的经验公式,提出考虑初始含水量、固化剂掺量和龄期影响的硫氧镁水泥固化土的修正邓肯-张模型,通过算例分析验证修正模型的准确性。研究结果表明:硫氧镁水泥固化土的破坏形式主要分为侧向鼓胀破坏和斜向剪切破坏,应力-应变关系主要分为加工硬化型和软化型2种形式。随着初始含水量的减少、固化剂掺量的增大和龄期的增长,硫氧镁水泥固化土的强度和刚度(初始切线模量)显著提高,修正邓肯-张模型准确可靠。     

废旧轮胎颗粒掺量对黏性土压缩特性的影响

通过压缩试验研究了废旧轮胎橡胶颗粒与黏性土混合土的压缩特性,及竖向压力、橡胶颗粒掺量对混合土各参数的影响。研究结果表明:混合土的压缩性介于黏性土与纯橡胶颗粒之间,在低掺量下呈现出中压缩性,而在高掺量下呈现出高压缩性;随竖向压力增大,混合土的孔隙比与压缩系数减小、压缩模量增大;随橡胶颗粒掺量增加,混合土的孔隙比与压缩系数均先减小后增大,且以30%掺量混合土的孔隙比与压缩系数最小,而混合土的压缩模量先增大后减小,当掺量为30%时,其值最大;掺入轮胎橡胶颗粒可使黏性土的固结速率提高400%,当橡胶颗粒掺量为30%~40%时,混合土的压实效果最好。     

基于C-C型固化剂的吹填超软土渗透固结特性研究

在吹填超软土中加入不同掺量的C-C型固化剂进行压缩固结试验和真空固结试验,对固结前后土体的渗透固结特性和基于有效孔隙比与孔隙抗压性能的增渗机制进行研究,探究既能提高渗透性,又能保持较高强度的合理掺量.发现半固化超软土的固结特性与软黏土基本一致,固结系数随固结压力的增大而增大,渗透系数随荷载的增大而减小;相同荷载作用下,固结系数和渗透系数均随掺量的增加而增大.加入少量固化剂后,压汞试验显示孔径分布曲线峰值明显左移,孔径集中分布区间向小孔隙区间移动,土样有效孔隙比随掺量变化存在最大值,土体骨架的存在使得孔隙抗压缩性能不断增加,保留了具有较高强度结构的排水通道,这种压缩性较低的多孔骨架结构对渗透性的提高有着显著作用.固化过程中,固化剂掺量越多,形成土骨架的作用越明显,土体强度和抗压缩能力就越高,其中掺量为10%的土样无侧限抗压强度高达360.1kPa,远高于直接固化强度.研究表明,固化剂掺量在1%～10%时,主要发挥的是增渗作用,是药剂真空预压处理超软土的理想添加范围;而大于10%后以固化作用为主.     

疏浚淤泥脱水联合固化试验研究

为了实现疏浚淤泥的快速处治,以河道疏浚底泥为研究对象,采用先排水后固化的处理思路,首先在淤泥中添加絮凝剂,含水率迅速降低,在絮凝剂脱水的基础上,再加入固化剂,对固化土进行含水率、液塑限、无侧限抗压强度以及微观特性进行试验研究。结果表明:在絮凝脱水淤泥中加入水泥后含水率降低,固化龄期越长、水泥掺量越高,含水率越低;随着固化剂掺量的增加,固化土的液限逐渐降低,塑限逐渐增大,塑性指数减小,且10%水泥掺量下的淤泥固化土强度可达到136. 5 kPa和143. 4 kPa;絮凝剂对脱水的促进效果远大于其在固化时的负面效果。     

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.     

疏浚泥浆的混凝沉降特性及絮体形态

疏浚工程中会产生大量的疏浚泥浆,其浓度低、颗粒细小、长期悬浮难以沉降,占用大量土地。利用聚丙烯酰胺(PAM)为混凝剂加速泥浆泥水分离,通过沉降界面高度、沉降速率及沉降后上覆水的浊度,确定混凝剂的最佳投加量,利用激光粒度仪和显微镜对絮体粒径及絮体形态进行分析,探究疏浚泥浆的混凝沉降特性及混凝机制,并提出混凝沉降模式。结果表明,在PAM作用下,疏浚泥浆在高混合强度、短时间内即形成较大、较密实的絮体,5 min内基本处于沉降稳定状态;PAM最佳投加量与泥浆含固量有关,为0.8wt%,此时沉降高度最高、沉降速度最快、上覆水浊度最低、絮体粒径基本保持不变、絮体分形维数为最大值。疏浚泥浆的混凝沉降过程经历快速沉降、缓慢沉降、稳定三个阶段,即絮团的沉降、压缩、自重固结过程。     

基于生物炭改良的水泥固化土强度试验研究

为明确生物炭的添加对固化高含水率疏浚泥强度的影响,对含生物炭的固化高含水率疏浚泥开展了一系列的无侧限抗压试验,探讨了不同养护龄期下生物炭添加对固化高含水率疏浚泥强度规律的影响。试验结果表明:和不含生物炭的固化疏浚泥相比,相同养护龄期下生物炭的添加将引起固化疏浚泥无侧限抗压强度的增加,且增加幅度随生物炭掺量的增加而增大。此外,随着养护龄期的增大,生物炭添加引起固化疏浚泥强度性状的改变幅度也是逐渐增大的。最终,固化疏浚泥的破坏应变表现出增加的变化趋势,含生物炭的水泥固化土的破坏应变比不含生物炭的水泥固化土更大,破坏形态更明显。     

考虑级配影响的粗粒料压缩破碎特性试验

采用分形维数和级配宽度作为级配的量化指标,通过粗粒料的侧限压缩试验,研究级配对密实粗粒料的堆积、变形以及破碎特性的影响规律。试验结果表明,粗粒料的最大干密度和低应力下的压缩模量均随着分形维数的增大先增大后减小,在分形维数为2.2附近存在极大值;同时,两者均随着级配宽度增大而增大。粗粒料的破碎强度可通过双对数坐标下的拐点表征,破碎强度随着分形维数与级配宽度的增大而增大;破碎强度越高,颗粒破碎率越小;不同级配的粗粒料充分破碎后的最终级配都收敛于唯一的分形分布。     

土凝岩新型固化剂稳定路基粉质黏土的干缩性能

为探究土凝岩新型固化剂稳定路基粉质黏土的干缩性能,对粉质粘土添加土凝岩新型固化剂和传统固化剂水泥后的干缩进行对比试验探究,并利用IBM SPSS Statistics与MATLAB数据处理软件对两种固化土进行无重复双因素回归曲线估计分析,结果表明:水泥掺量6%与土凝岩固化剂掺量8%固化土的干缩应变较小,两种固化土在失水率达到最优含水率左右出现干缩应变最大值,同时前15天所产生的干缩应变在整个稳定应变的80%之上,固化剂的干缩应变与失水量(相应的含水量)关系较密切且掺量对干缩应变的影响大于时间因素,土凝岩新型固化剂的前期保水性较优可延缓与减小收缩,利用时间与干缩应变倒数回归曲线方程式反映实际固化土干缩应变。整体这种新型固化剂不仅充分利用了工业废料并在干缩性能上还略优于水泥,说明这种经济环保土凝岩新型固化剂在稳定粉质黏土的干缩性能上可代替水泥使用。     

基于分形理论的海相固化土强度劣化分析

为了对海相固化土的劣化机理进行更深入的研究，采用Python+OpenCV图像处理软件对不同固化类型、不同侵蚀时间的海相固化土扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM) 像进行处理和数据提取，在考虑图片亮度差异影响的基础上，引入分形理论定量分析固化土微观颗粒的变化规律，同时结合无侧限抗压强度试验结果，建立了海相固化土微观颗粒结构变化与宏观力学性能之间的关系。研究结果表明:(1)不同SEM图像由于亮度的差异会对研究结果产生影响，在进行二值化处理时可通过控制其整体像素量的方法减小误差；(2)受海水侵蚀的固化土其微观颗粒变化规律具有分形特点，对于水泥固化土(CS)和掺激发剂的钢渣粉+水泥固化土(A-SSP-CS)随着侵蚀时间的延长，其微观颗粒分形维数逐渐降低，而对于钢渣粉+水泥固化土(SSP-CS)其微观颗粒分形维数则随着侵蚀时间的延长而逐渐增大；(3)对于CS和A-SSP-CS其无侧限抗压强度(unconfined compression strength，UCS)会随着海水侵蚀时间的延长而逐渐降低，其微观颗粒分形维数也在逐渐降低，对于SSP-CS其UCS会随着海水侵蚀时间的延长而逐渐增强，其颗粒分形维数也逐渐增大。     

基于颗粒分形滑坡土体土水特征曲线评价及预测

滑带土与滑坡的发展、稳定性评价有着密切的关系,以福建永泰旗山滑坡为例,取代表性滑带土样和表层土样进行颗粒级配试验,基于分形理论研究了颗粒分形特征,结合压力板仪测定土样土水特征曲线,对滑带土和表层土进行了评价,并以颗粒分形维数预测了土水特征曲线,研究结果表明,滑带土细粒土含量较表层土含量高,滑坡土存在很好的分形特征,颗粒分形维数越大,细粒土含量越高,土体的持水性能也较好。以颗粒粒径分形维数代替土水特征分形维数,并结合Books-Corey模型来预测土水特征曲线,得到实测值与预测值呈现较好的一致性。     

不同颗粒粒径下型煤孔隙及发育程度分形特征

煤是一种非均匀多孔隙介质,其孔隙特征及其发育程度与煤层中瓦斯的吸附解吸特性及流动特征密切相关。为探讨型煤的孔隙结构,实验以颗粒粒径分别为4.00～1.70 mm、1.70～0.38 mm及0.38～0.18 mm的煤颗粒制作而成的型煤为研究对象,利用CF-2000P偏光分析软件和Fractalfox2.0分形分析软件对由不同粒径煤颗粒压制成的型煤孔隙特征及发育程度开展了系统研究。结果表明,随着型煤颗粒粒径逐渐减小,型煤中的孔隙半径逐渐减小,孔隙总数逐渐增多,分形维数值逐渐增大,孔隙发育程度逐渐增大,孔隙分布均匀程度逐渐增大。     

双酚F环硫/环氧树脂/胺体系固化反应及其交联网络的研究

合成了双酚F环氧/环硫树脂，采用元素分析、红外光谱分析和核磁共振光谱分析确定了合成树脂的结构,对比研究了环硫基团/环氧基团为0/100、15/85和50/50（质量比）的双酚F环硫/环氧树脂与脂环胺DMDC固化剂体系的固化行为。通过差示扫描量热仪（DSC）、动态力学热分析仪（DMTA）等手段研究了固化剂配比对体系固化程度、固化物的模量和玻璃化转变温度的影响，结果显示：当环硫基团质量分数从0分别增加到15%和50%时，环硫/环氧树脂/胺体系不仅固化速度加快，且固化剂用量相应减少约15%和50%，说明胺基与环硫基团开环反应形成的—SH或—S-可作为固化剂进一步与环氧基团和环硫基团进行开环反应；另一方面，固化物的模量和玻璃化转变温度有所提高，说明环硫树脂固化物交联网络更密集，也证明了环硫/环氧树脂的固化反应行为与环氧树脂存在不同。     

水泥稳定三峡库区风化砂回弹模量试验及模型评估

以水泥稳定三峡库区风化砂的回弹模量值为研究对象,在风化砂中分别掺入3%、5%、7%、9%的水泥制作试样,然后各自养护7、14、21、28、35、56、70d,开展室内回弹模量试验。试验结果表明:掺水泥能显著提高风化砂的回弹模量值。在相同的养护龄期下,随着水泥掺量的增加,回弹模量值逐渐增大,增长的幅度先大后小,二者呈现良好的对数函数关系;在相同的水泥掺量下,随着养护龄期的增长,回弹模量值也逐渐呈线性增大,且在最初养护的28d内,回弹模量值的增长占整个测试期内的95%左右。通过回归分析,分别建立了水泥掺量与回弹模量值之间、养护龄期与回弹模量值之间的数学模型,再通过补充试验,进一步验证了所建数学模型的正确性及精确度。     

基于CT图像处理技术的混凝土细观破裂分形分析

以单轴压缩条件下混凝土细观损伤演化的CT图像为研究对象,借助于数字图像处理技术对CT图像进行了阈值分割,提取出了图像中的裂纹形态,分析了单轴压缩条件下混凝土内部微裂纹的萌生、扩展和贯通的全过程,并利用差分盒维数法估算出图像裂纹扩展的分形维数.在此基础上,获得了载荷、扩展裂纹及分形维数三者之间的关系.结果表明:在单轴压缩条件下,定义的分形维数随着裂纹的扩展逐渐增加,可将细观结构分形维数作为研究混凝土细观裂纹扩展的定量参数.