微生物矿化对黏土渗透性影响的试验研究

为探究矿化对黏土渗透性的影响,采用球形赖氨酸芽孢杆菌属kp-22菌诱导矿化处理黏土,测定了碳酸盐生成率,研究了矿化处理后黏土的渗透性,系统分析了渗透系数随菌液OD₆₀₀值、胶结液浓度和土中镉含量变化的规律,探讨了各因素对渗透系数的影响规律及机理,建立了考虑菌液OD₆₀₀值和胶结液浓度影响的矿化后黏土渗透系数的经验公式。结果表明:矿化后的土样中生成了碳酸盐颗粒,填充了部分土体孔隙,渗透系数最多可降低约一个数量级；随着菌液OD₆₀₀值的增大,矿化后黏土的碳酸盐生成率先升高后逐渐稳定,而土样的渗透系数先减小后趋于平稳,当菌液OD₆₀₀值大于0.9时,碳酸盐生成率和渗透系数都变化很小；随着胶结液浓度增大,碳酸盐生成率先升高后下降,而渗透系数先减小后增大,当胶结液浓度为0.8 mol/L时,黏土的渗透系数最小；随着土中镉含量的增大,矿化反应受到抑制,渗透系数逐渐增大；矿化后黏土的渗透系数与碳酸盐生成率负相关,两者满足线性关系；所建立的矿化后黏土渗透系数经验公式计算值与试验结果吻合较好。     

一维低渗透介质非达西渗流实验

该文选取黏质粉土、粉质重亚黏土、粉质重黏土1和粉质重黏土2四种细粒土样作为实验介质,开展一维土柱渗流实验,研究了低渗透介质中的渗流规律,并通过调节进出水端的水头差,同时观测出水流量,分析水力梯度和渗透流速之间的关系.实验结果表明:土样粒径的分布对渗流规律起决定性作用,即随着土样介质中黏粒含量的增大,渗流由达西流变为非达西流,且黏粒含量越高,非达西现象越明显,当渗透系数低于10-5 cm/s数量级时,该非达西流中水力梯度和渗透流速满足二次方程关系.此外,对比粉质重亚黏土和粉质重黏土,可以明显发现渗流存在着启动水力梯度,且启动水力梯度会随着黏粒含量的增大而增大.     

海水环境下水泥加固不同土质土体的效果研究

结合港珠澳跨海大桥西人工岛桥隧段软土地基处理工程,通过室内模拟试验,在已知固定水泥掺入比为18%的前提下,开展了水泥土在不同土质(淤泥、淤泥质黏土、粉质黏土)、不同龄期、不同养护环境条件下的力学性能试验。分析了土样的矿物成分、有机质含量,不同养护环境对水泥土无侧限抗压强度的影响规律及水泥的加固机理。结果表明:海水环境下水泥加固效果最好的是粉质黏土,其次是淤泥质黏土,最差的是淤泥;海水环境对3种水泥土的前期增益效果顺序依次是淤泥质黏土、淤泥、粉质黏土,后期增益效果顺序依次是粉质黏土、淤泥、淤泥质黏土。     

微生物对红黏土强度的改良效应及机理研究

利用微生物加固红黏土是一种创新、环保、经济的方法。选取巴氏芽孢杆菌和铁细菌2种微生物固化土体,以活性炭为载体,根据微生物最佳养护条件,制备2种微生物土样。研究微生物土样的基本物理力学性质时,发现微生物改良后的土样密度增加,孔隙比下降,抗剪强度和无侧限抗压强度提高,物理力学性质得到极大改善。为进一步研究微生物对红黏土的加固机理,采用扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)分析试样微观结构和物质成分。试验发现巴氏芽孢杆菌诱导生成碳酸钙充填土体孔隙,形成胶结固化土体,碳酸钙多集中于活性炭附近呈块状结构;铁细菌生成铁基络合物充填土体孔隙,铁基络合物多呈片状、层状结构。总体来说,巴氏芽孢杆菌对红黏土的固化效果要优于铁细菌。研究结果对微生物加固红黏土机理认识和菌种选择具有重要参考价值。     

帷幕灌浆及充填灌浆对水库除险加固的影响研究

土石坝渗漏破坏是病险水库中最常见的病种之一,设计及施工中应严格控制大坝渗流量及渗透坡降。针对烟庄水库渗漏问题,坝体采用粉质黏土充填灌浆、坝基采用帷幕灌浆技术进行防渗加固处理。采用两种有限元分析软件对土石坝进行数值模拟计算,对比分析两种软件计算的大坝渗流量、防渗墙底部坡降、出逸坡降,分析灌浆加固后土石坝的渗流及稳定特性。研究结果表明,粉质黏土充填灌浆、帷幕灌浆技术结合使用能有效降低大坝渗流量、抑制防渗墙底部渗透坡降、出逸坡降;加固后的土石坝渗流特性、坝体上下游边坡稳定性在各种工况下皆符合渗透稳定要求。其研究结果可为类似土石坝除险加固工程提供理论依据及技术参考,具有一定的实际应用价值。     

微生物加固黏土的影响因素与机理分析

为了在岩土和环境工程中更好推广应用微生物诱导碳酸钙沉淀加固技术,本文开展了微生物加固黏土的试验研究,分析了微生物加固黏土试验的主要影响因素,并通过宏观试验结合微观分析的方法研究其加固机理。试验结果表明:适宜的培养基、接种比例和培养环境(温度、pH值)有利于微生物的生长繁殖;在一定脲酶活性条件下,养护温度、养护时间、胶结液的浓度和比例均对微生物诱导碳酸钙的生成量影响显著;碳酸钙的生成量直接影响微生物加固黏土的加固效果,微生物加固黏土的无侧限抗压强度与碳酸钙生成量成正相关,其养护7d的无侧限抗压强度可提高50%以上,破坏应变可降低约70%;微生物加固黏土表面形成大量晶体,实现了土颗粒间的胶结,填充了颗粒间的孔隙,增加了黏聚力和内摩擦角,从而提高了土体强度。     

基于粘塑性理论的不同降雨强度下土质边坡稳定性分析

以粘塑性理论为基础,利用VG非饱和理论和修正的M-C理论,采用有限元法对不同降雨强度下黏土、粉质黏土和粉土3种渗透性不同的非饱和土质边坡进行数值模拟,研究3种边坡在不同降雨强度下孔隙水压力和安全系数的变化规律。结果表明,在3种降雨强度下,粉土边坡孔隙水压力的增加大于黏土和粉质黏土边坡;降雨对黏土边坡的稳定性影响较小,安全系数基本维持在2.63左右,降雨前后相差0.02;在低降雨强度下,粉质黏土边坡安全系数随着降雨时长的增加下降速度最快,其次是粉土和黏土边坡。     

基于GeoStudio渗流模拟的堤防堤身材料优选

华中地区某河经地质勘察,修建的堤防工程主要有3种不同地基(基层细砂、粉质土壤、中密夹砂粉质黏土)情况。利用GeoStudio 2012软件的SEEP/W模块对堤防工程进行渗流数值模拟,通过对比分析,筛选出不同地基条件下适合的堤身材料。模拟结果表明,堤防地基与堤身为基层细砂-粉质黏土、粉质土壤-黄土、中密夹砂粉质黏土-黄土3种组合时渗流路径分布最均匀且渗流稳定,堤防安全性最高;当堤防堤身与地基渗透系数相差较大时,易发生集中渗流。     

粉质黏土边坡稳定性分析研究

粉质黏土广泛分部于我国西北地区,这种土遇水极易发生软化崩解,在该种土质中修建水利工程存在边坡稳定性问题,因此有必要开展相关分析研究。采用刚体极限平衡法,对西北某地粉质黏土边坡进行稳定性分析,同时应用FLAC3D数值模型分析了暴雨工况下边坡变形情况。研究表明,在正常情况下,该边坡稳定性较高。但在暴雨工况下,粉质黏土遇水后抗剪强度减小,边坡稳定性降低,有滑坡危险,并针对该情况给出了合理的加固措施。     

负压桶基础沉贯试验研究与分析

作为新型基础,负压桶基础具有较好的技术经济性。针对负压桶施工关键控制指标土塞隆起率的控制,通过开展粉质黏土中的负压桶沉贯模型试验,研究不同负压加载模式对施工效率及土塞隆起率的影响。试验加载负压均位于DNV规范方法获得的所需负压和临界负压之间。相同贯入深度条件下,消散模式施加的负压值大于持荷模式,且较大单级荷载下的负压消散模式在保持一定施工效率的同时,对土塞隆起率的控制效果较优。理论分析表明,深度变化率越大内侧摩阻力越大,土塞越难以形成,并从超孔隙水压力结果解释了负压消散模式下的土塞隆起率降低机理。土压力分析结果表明:负压消散模式下桶内土体对桶壁的有效应力高于负压保持加载模式,前者的侧摩阻力也更大。     

上庄新闸工程基础处理问题探讨

上庄新闸闸室基础为砂含卵砾石层,地震时存在液化问题;同时砂层渗透性较强,砂颗粒在高水头的长期作用下,容易沿底板产生接触冲刷流失,从而危及建筑物安全.两岸翼墙基础为粉质黏土、砂质粉土,抗剪强度较低,墙体存在不均匀沉降、抗滑稳定等问题.就以上问题提出闸基采取振冲碎石桩、混凝土防渗墙及CFG桩等处理措施.     

科威特Boubyan岛土体工程特性研究

基于科威特Boubyan岛海港项目一期路桥及地基处理工程,对Boubyan岛土体进行了原位测试,并对199个原状土样进行了室内试验,同时,对典型土样进行了淋溶前后的直剪试验。试验分析结果表明：科威特Boubyan岛土体属于粉质黏土,为超氯滨海盐渍土,具有砂土特性,且具有低含水量、低液塑限、低灵敏度、低强度(遇水易失稳崩解)、高压缩性等典型盐渍土的工程特性;自然成因、可溶盐含量和颗粒表面电荷密度是Boubyan岛土体具有低强度、低液塑限等宏观工程特性的主要因素。     

外加电场改性处理高填方黄土地基的试验研究

外加电场处理技术是一项新型土壤改性加固技术,具体操作步骤是先以一定量的石灰和硫酸钠为改性材料掺入黄土中拌和均匀,然后根据设计的干密度对混合土料进行压实,再对压实土样施加一定强度的外加电场处理。养护完成后对土样进行无侧限压缩试验、直剪试验、高压固结与湿陷试验。试验结果表明,与压实重塑黄土相比,混合土料经电场处理后其抗压强度与抗剪强度提高,压缩性降低,且在各压实度条件下均无湿陷性。利用扫描电镜(SEM)对其微观结构进行初步观察,分析了新型固化技术加固黄土的机理,为外加电场处理技术的进一步研究和应用提供依据。     

弱膨胀土在浸水膨胀过程中的微观结构变化特征

为探究膨胀约束条件对膨胀土水化稳定后微观结构的影响,对河南一处膨胀土开展了不同荷载下室内一维膨胀变形试验,并采用真空冷冻干燥法对初始和膨胀稳定后的土样脱湿,然后进行扫描电镜试验和压汞试验,测定土样微观结构类型和孔隙分布的情况。扫描电镜试验结果表明:重塑膨胀土呈紊流结构,颗粒排布没有明显的方向性;在允许体积膨胀的条件下,颗粒中的伊蒙混层羽翼状边缘被充分水化,边缘更为光滑,粒间连接也变弱,土体从紊流结构逐渐过渡为粒状堆叠结构。压汞试验结果表明:不同荷载下土样的孔径分布曲线均为三峰曲线,土中的孔隙按照等效孔径大小可以分为大孔隙、小孔隙、微孔隙和超微孔隙。与初始土样相比,恒体积膨胀条件下,土样中的小孔隙被压缩成微孔隙。在上覆荷载为0 kPa和50 kPa的侧限膨胀条件下,由于上覆荷载小于土的膨胀力,土颗粒能够推开其旁边的颗粒,所以土中各类型孔隙的体积含量均增多。     

微生物-活性氧化镁固化红黏土试验研究

采用微生物-活性氧化镁固化技术,进行了不同氧化镁含量、菌液浓度、初始含水率条件下的红黏土无侧限抗压试验、扫描电镜试验和X射线衍射分析,通过无侧限抗压强度、微观特征、化学成分来揭示微生物-活性氧化镁固化红黏土的微观机理,并探究了该技术对红黏土收缩性的控制作用。试验结果表明：红黏土无侧限抗压强度与氧化镁含量、菌液浓度正相关,与初始含水率负相关;试验中生成的水合碳酸镁是无侧限抗压强度提升的关键原因,水合碳酸镁能起到胶连红黏土颗粒、充填红黏土孔隙的作用;微生物-活性氧化镁固化技术可以很好地控制红黏土收缩性。     

土钉墙支护基坑对邻近地下管线的影响

为了研究基坑开挖支护过程对邻近地下管线的影响,在分析土钉墙、管线与土的相互作用以及 基坑开挖的数值模拟方法的基础上,建立了三维非线性有限元模型,比较分析了不同的管线与基坑距 离、管线埋深、土钉长度、土钉间距和管线周围土体性质下,地下管线位移的分布与变化规律。结果表 明:在基坑拐角以外１０ｍ～２０ｍ范围内会出现远离基坑向水平位移,此处水平向曲率变化最大;粉土下 水平位移约为砾质黏土下水平位移的４～５倍;随着管线埋深的增大,竖向位移减小,而水平位移增大, 在坑底达到最大值;在坑底位置,粉土水平位移约为砾质黏土的１０倍;竖向位移最大时,粉土约为砾质 黏土的７倍。     

钢渣改良粉质黏土小应变动力特性试验研究

结合废钢渣的理化性质及其作用效果,采用废钢渣代替传统的水泥进行粉质黏土地基的动力 特性改良。利用共振柱试验,探讨钢渣粉质黏土混合料的动剪模量 Ｇ和阻尼比 Ｄ在固定围压 σ0 和养 护龄期条件下,随不同配合比下的变化特点。利用 Ｋｏｎｄｎｅｒ模型经验公式,将动剪模量归一化 Ｇ／Ｇｍａｘ, 并和阻尼比分别与动剪应变进行拟合。分析钢渣含量与最大动剪模量 Ｇｍａｘ和最大阻尼比 Ｄｍａｘ的变化规 律,并与水泥粉质黏土混合料进行分析对比。试验研究表明,配合比对两种混合土体的动剪模量和阻尼 比的影响最为显著;随着掺料含量的增大,动剪模量和阻尼比均呈现出先增大后减小的变化趋势;结果 显示,30％的钢渣掺量可代替 15％及以下掺量的水泥用于粉质黏土地基加固。试验成果明确了钢渣应 用于粉质黏土地基处理的可行性,具有实际的工程意义。     

黄河下游堤段湿化变形试验研究

对黄河下游标准化堤防施工过程中部分堤段及其道路发生裂缝的原因进行了分析，并选取东明堤段的土样进行了土体湿化变形试验，结果表明：①东明段堤防堤身、堤基及淤背体表层由四大类土体组成，分别为低液限黏土、低液限粉土、粉土质砂及高液限黏土；②同类土质的邓肯-张模型参数中，自然样的强度参数K、φ值比饱和样的大；③粉土质砂的K、φ值最大，低液限黏土及低液限粉土次之，高液限黏土最小。     

加筋土垫层消除不均匀地基的工程实例

针对持力层以圆砾粉砂为主组成的天然地基局部为粉土、粉质黏土,且位于地下水位以下的条件,采用砂卵石加筋土垫层处理局部软弱土体,处理后的承载力和变形模量得到很大提高,变形更加均匀。与换填垫层法相比基坑开挖的难度降低,费用减少。     

稳态渗流条件下复合地层水头损失模型试验研究

为了研究复合地层渗流过程中水头损失的变化规律,采用卵石土、粗砂、细砂、粉质黏土四种不 同渗透系数的材料组合成六种类型的复合地层,利用自主研发的多功能粗粒料渗流试验装置对这六种 类型的复合地层进行稳态渗流条件下的水头损失模型试验研究。结果表明:复合地层渗流过程水头损 失受地层交替分布影响明显;按照渗透系数较大的土层向渗透系数较小的土层方向渗流,该渗流过程完 全连续;渗透系数小的土层若是位于复合地层的上层或是中层,会导致复合地层中渗流的不连续,甚至 是水头的消失,渗流的过程是由其中渗透系数最小的地层来决定的;模型试验结果与实际工程地层、水 位勘察结果相一致。