水泥、粉煤灰改良细砂土的工程特性与改良机理

采用水泥和粉煤灰对细砂土进行改良,为获取不同掺入量的改良剂改良细砂土的强度和渗透系数,进行了击实试验、渗透试验、无侧限抗压试验和直剪试验,并较为深入地分析了水泥和粉煤灰改良细砂土的机理。试验表明,随着含水率的不断增加,改良砂土的干密度先增加后减小;在水泥掺量一定（４％）的情况下,提高粉煤灰的掺量可以大幅度的降低渗透系数和提高无侧限抗压强度;保持粉煤灰掺量不变（６％）,增加水泥的掺量,２８ｄ龄期的改良土无侧限抗压强度提高更为明显。这一结果表明水泥作为改良剂改良土体以提高其力学性能为主,而粉煤灰作为改良剂以改善土体的渗透性能为主。两者相结合,可以同时实现提高土体的力学性能和降低土体的渗透系数。     

固化剂固化疏浚土的渗透性与微观机理研究

用水泥和石灰等胶结剂及激发剂构成的固化剂对上海市横沙岛东滩的疏浚土进行改良,在不同养护龄期和固化剂掺量的条件下,用自配固化剂对岛区疏浚土进行了渗透试验。分析了固化疏浚土的渗透系数与固化剂掺量、养护龄期之间的关系,得到了疏浚土渗透系数在不同固化剂掺入比和龄期下的变化规律。结果表明:固化疏浚土的渗透系数随固化剂掺量和龄期的增加而明显变小,但在同一龄期下,当固化剂掺量继续增加时,其渗透系数变化不大。并利用电镜扫描(SEM)对不同固化剂掺量和不同龄期下的固化疏浚土的微观结构进行观测,获得了疏浚土固化前后的微观结构SEM图,结合SEM图对疏浚土固化前后的微观结构变化做了定性的对比和分析,从固化疏浚土微观结构中发现固化疏浚土中含有水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙晶体、无定形文石、钙矾石等能够填充孔隙的胶结物,并从微观上解释了固化剂固化疏浚土的固化机理。     

基于核磁共振的粉煤灰混凝土水和气体渗透性与孔结构的研究

以自主设计加工的一种试验装置,测定了粉煤灰混凝土的水和气体渗透系数;同时,以核磁共振(NMR)技术测试了试验混凝土的孔隙率及其孔径分布等微观结构参数。分析了粉煤灰掺量对混凝土的水、气体渗透性及微观结构参数的影响,以及粉煤灰混凝土水和气体渗透性与其微观结构参数之间的关系。试验结果表明掺量在40%以内时,混凝土的水和气渗透系数均随粉煤灰的掺量增加有较明显的降低,但降低混凝土气体和水渗透性的最佳掺量分别是30%和40%;不同的粉煤灰掺量导致混凝土内孔径分布的变化,主要体现在不同孔径大于10 nm孔的分布;相较于总孔隙率,混凝土中不同孔径的贡献孔隙率可以更直观地反映微毛细孔(10～100 nm)和大毛细孔(100～1000 nm)对粉煤灰混凝土的水和气体渗透性的不同影响;混凝土中的微毛细孔和大毛细孔的贡献孔隙率与其气体渗透系数之间关系,比其与水渗透性之间的关系更加紧密。     

纤维和纳米材料改良花岗岩残积土的力学试验及机理研究

在处理特殊土时,采用性能好、环保和成本低的材料加固土体有着非常重要的意义。为了研究玄武岩纤维和纳米氧化铁对花岗岩残积土力学性能的影响,采用单掺和复掺的方式,制备不同掺量的试样进行固结不排水三轴剪切试验,并取剪切后的土样进行扫描电镜试验分析其微观机理。试验结果表明：土样抗剪强度随玄武岩纤维掺量的增加呈先增大后减小的变化规律,在掺量为1%时出现峰值,土样抗剪强度随纳米氧化铁掺量的增加而呈单调增加的变化规律;两种改良方法均能较大幅度提升土体的黏聚力,对内摩擦角的提升效果不明显,此外,复合改良土样提升土体抗剪强度的效果比单掺改良土样更加明显;土体抗剪强度的提高是由玄武岩纤维与土体之间产生互锁网、纳米氧化铁填充土颗粒之间的空隙所致,采用复合改良土样的方式能有效改善花岗岩残积土的剪切强度特性。     

不同干密度压实黄土的非饱和渗透性曲线特征及其与孔隙分布的关系

压实黄土在水分入渗条件下容易产生湿陷、不均匀沉降等工程地质问题,因此有必要对其渗透特性进行研究。本文采用基于滤纸法的竖直土柱试验测试了3种不同干密度压实黄土全吸力范围的渗透性曲线。试验结果表明,压实黄土的渗透性曲线随着基质吸力减小分为缓升段、陡升段和饱和段三个阶段,且干密度越小的土三段特征越明显。压实黄土干密度的差异主要影响低吸力段渗透系数,干密度越大,渗透系数越小;基本不影响高吸力段渗透系数。由于渗透系数与孔隙分布密切相关,孔隙越多渗透性越强。因此本文用压汞试验测得了3种土样的孔隙分布曲线。试验表明不同干密度的压实黄土,微孔数量基本相同,对应吸力范围的渗透系数也相同;孔径为1.3μm d 8μm的小孔数量随干密度增大而减小,对应吸力范围的渗透系数也相应地减小;中孔、大孔数量很少,其对土样的渗透性的影响甚微。这反映了渗透性受孔隙分布控制的内在机理。     

水泥掺入砂质土壤入渗性能影响的试验研究

为揭示水泥对砂质土壤入渗影响规律,基于室内一维垂直入渗试验,研究不同水泥掺量、不同土壤容重(1.6 g/cm~3、1.8 g/cm~3)条件下渗透系数、累积入渗量随时间变化关系。采用Kostiakov模型对渗透系数、累积入渗量分别进行拟合,建立渗透系数、累积入渗量与入渗时间的关系。结果表明:随着水泥掺量的增多,砂质土壤的渗透系数逐渐减少,渗透系数与入渗时间呈明显幂函数关系;水泥掺量的增加使累积入渗量增长变缓,且累积入渗量与入渗时间呈显著幂函数关系。当水泥掺加量相同时,随着土壤容重的增加,渗透系数逐渐降低。     

水泥-生石灰固化吹填土路用特性试验研究

为探讨不同配比水泥、生石灰双掺固化吹填土的路用特性,实现经济、高效之目的,开展了温州吹填软土的土体固化改良系列试验(击实试验、无侧限抗压强度试验、CBR试验)研究。研究表明:随着固化剂剂量的增加,试样的最优含水率逐渐增加,而最大干密度则逐渐降低,但强度随水泥、生石灰相对含量的变化出现不同规律改变;试样无侧限抗压强度、CBR值显著依赖于固化剂中水泥、生石灰相对含量,当水泥、生石灰为等量比值时,两者均随固化剂掺量的增加而增大,当水泥、生石灰为非等量比值时,两者均出现不同规律改变。利用模糊数学评价法,综合考虑无侧限抗压强度、CBR值以及经济性等因素的影响,对固化后的路用效果进行评价,并得出一种路用性能好、经济性高的固化剂最佳配合比。     

石灰改良黄土渗透特性试验研究

为了研究石灰掺量对黄土压实特性与渗透特性的影响,以甘肃省庆阳地区黄土为研究对象,进行了不同石灰掺量下的标准击实试验与不同掺量、不同干密度下的变水头渗透试验,并对有代表性的试样进行了电镜扫描。试验结果表明:随着石灰掺量的增加,改良黄土的最大干密度drmax越来越小,对应的最优含水率wopt越来越大;当石灰掺量从0增加到3%时,最大干密度drmax的减小幅度最大;素黄土与改良黄土的饱和渗透系数ksat均随孔隙比e的增大而增大,且在半对数坐标中呈线性关系,不同掺量下的拟合曲线相互平行,但截距有所不同。结合电镜扫描结果对黄土的微结构从定性及定量角度分析可知,大中孔隙的数量及面积决定着黄土渗透性。     

氯化钙溶液对红黏土渗透系数变化的影响

为探究CaCl₂溶液对红黏土渗透系数的影响，通过X射线衍射(XRD)试验、渗透试验、热分析试验和扫描电镜(SEM),对红黏土试样受不同浓度(0.0、0.1、0.3、0.5、1.0 mol/L)的CaCl₂溶液饱和后的渗透性进行了试验分析。结果表明：当孔隙溶液浓度从0.0 mol/L增加到0.5 mol/L时，红黏土的渗透系数先降低后升高；此后随着孔隙溶液浓度的增加，渗透系数呈下降趋势；利用热分析试验，得到红黏土在加入不同浓度CaCl₂溶液后强结合水的含量，其强结合水含量的变化与红黏土渗透系数的变化有着紧密的联系；利用扫描电镜(SEM)观测了不同浓度CaCl₂溶液下土样的微观结构，Ca²⁺增大了红黏土矿物结合水膜厚度，导致土的有效孔隙减少，从而降低了土体的渗透性。该研究成果可为红黏土作为隔离墙隔离污染物提供数据参考。     

南沙港淤泥固化前后物理力学性能和微观结构变化

为找出广州南沙港某油罐仓储区工程淤泥加固时固化剂的最优配比,取该工程区典型淤泥,以水泥、石灰、石膏、水玻璃和减水剂作为固化剂,对淤泥进行加固试验研究,以无侧限抗压强度来检验加固效果,找到最佳的固化剂掺量,并进行固化淤泥与原状淤泥力学性能和微观结构变化的对比研究。试验结果表明,水泥、减水剂、水玻璃、石膏和石灰掺量分别为20%,1.5%,10%,6%和16%时淤泥的固化效果最佳;影响固化土强度的5个因素中,水泥掺量影响最大,石膏掺量影响最小。相比原状土样,最优配比固化淤泥试样的渗透系数和孔隙率分别减小81.0%和59.8%,三轴不固结不排水试验的黏聚力和内摩擦角分别是原状土样的3.8和4.9倍,固化淤泥的物理力学性能得到明显改善。     

水泥固化东湖淤泥的工程性质试验研究

利用将水泥、化学固化剂和机械力脱水三种方法相结合的方式对东湖淤泥进行固化处理,通过界限含水率、强度试验(包括CBR和直剪试验)以及渗透试验研究了在使用水泥固化过程中水泥掺量、养护龄期以及压实度对固化土工程性质的影响。结果发现:仅使用化学固化剂和机械脱水固化处理后的淤泥属于高液限粉土,CBR强度低,不能满足路基填料的要求。使用水泥能够有效提高一次改性固化土的CBR强度和直剪黏聚力,养护龄期对CBR强度影响很小,而水泥掺量、养护龄期和压实度对内摩擦角的影响均不大。此外,在水泥掺量从0%增大到8%的过程中,渗透系数呈现出先增大后减小的趋势,在水泥掺量为2%时达到最大值。综合分析,在水泥二次改性过程中,为符合路基填筑要求,水泥掺量宜为8%,压实度宜大于92%。     

改性黄土的力学特性试验研究

为了研究固化剂对黄土力学特性性能的影响,通过对兰州新区黄土样中加入新型高分子固化剂HEC、水泥以及HEC与水泥组合进行土壤化学改良,对改良后的土样进行击实试验、无侧限抗压试验以及渗透试验,研究固化剂掺入比、养护龄期以及压实度对改良黄土物理力学指标的关系。试验结果表明:水泥、HEC以及水泥与HEC组合均能改善黄土的工程性质;随着固化剂掺入比的增大、养护龄期的延长以及压实度的提高,改良黄土的抗压强度得到明显提高,且抗渗能力增强;若继续增加固化剂掺入比,则会导致固化剂利用率降低以及经济成本增加,故建议水泥、HEC固化剂掺入比不超过10%,固化剂的组合最佳拌和掺量为8%水泥加8%HEC。研究成果可为黄土加固理论及黄土在工程上的应用提供有益的参考。     

水泥土渗透系数变化规律试验研究

为了深入探讨水泥土渗透系数的变化规律,采用室内试验研究方法,对不同干密度、水泥掺量和龄期的水泥土进行了室内渗透试验研究。结果表明:水泥土渗透系数与水泥土的干密度、水泥掺量、龄期密切相关;在干密度和龄期一定条件下,渗透系数随水泥掺量增大而增大;在标准击实功干密度和龄期一定条件下,渗透系数随水泥掺量增大而减小;在标准击实功干密度和水泥掺量一定条件下,渗透系数则随龄期的延长而减小。结论不仅对水泥土的渗透理论研究具有积极的探索意义,而且对采用水泥土施工或加固的岩土工程建设也具有一定的现实意义。     

水质污染和冻害作用下粉煤灰水泥土宏微观物理力学特性的相关性研究

针对粉煤灰水泥土在水质污染及冻害作用下的耐久性问题,开展了固化土宏微观物理力学特性的相关性研究。宏观力学强度通过无侧限抗压强度试验获得,分析了水质污染类别、冻融循环次数、固化剂配比、龄期等因素对固化土强度的影响;微观结构通过渗透试验、扫描电镜试验(SEM)及X射线衍射试验(XRD)获得,分析了固化土的孔隙率及矿物成分等微观结构特性;通过结合宏微观试验结果,分析了固化土宏观力学强度及微观结构之间的相关性。研究结果表明:冻害会降低固化土的抗压强度,削弱延长龄期对提高强度的有利影响;水质污染也会降低土的抗压强度,工业废水比生活污水影响更甚;污水环境下,化学侵蚀引起的高强度胶结物改变等原因降低了固化土中粘结物的粘结性能,由此引起的固化土微观结构改变导致了宏观强度的降低;此外,随着粉煤灰含量的增加,固化土的孔隙率小幅减小,渗透性却大幅提高,特别是在污水环境下,导致了固化土抗冻性能的减弱。     

基于核磁共振技术的疏浚淤泥固化土孔隙水含量及分布研究

为研究疏浚淤泥固化土中孔隙水的含量及分布规律,利用低场质子核磁共振技术探测疏浚淤泥固化土的横向弛豫时间T_2分布曲线。结果表明:各水泥掺量下淤泥固化土样品的弛豫时间分布只有一个主峰,峰面积随着养护龄期的增长和水泥掺量的增大均逐渐减小,孔隙水的含量逐渐减小,并且孔隙水的减少首先是从大孔隙水分开始的,龄期的主要作用是减小大孔隙里的水分含量,而水泥不仅有利于大孔隙水分含量的减小,也有利于小孔隙水分含量的减小;随着养护龄期的增长和水泥掺量的增大,淤泥固化土的T_2分布范围变窄,分布趋向于短弛豫时间,孔隙水逐渐分布在较小的孔隙中;加权平均T_2弛豫时间随着龄期的增长先快速下降,7 d后下降的速率逐渐减小,固化土T_2总核磁信号幅值随养护龄期的变化总体呈减小趋势,速度超过7 d后减慢,这是因为淤泥固化土内部的化学反应使得水分被消耗或转化成了矿物水。研究表明核磁共振技术能较好地呈现淤泥固化过程中孔隙水含量及分布的变化规律。     

木质纤维与水泥共同改良软土的力学性能与微观机制分析

通过压实试验、无侧限抗压强度试验和劈裂试验,分析不同木质纤维含量、水泥含量和固化时间对软土力学性能的影响规律,探讨木质纤维、水泥改良软土的微观机制。结果表明,木质纤维的加入对水泥改良软土的击实特性有显著的影响;木质纤维与水泥可有效改善土体的抗压和劈裂抗拉强度,随着木质纤维含量的增加,改良土的抗压和劈裂抗拉强度呈现出明显的“驼峰”现象,并在木质纤维含量为0.25%时最大;木质纤维与水化产物、软土颗粒形成互锁效应,增大了改良土的摩擦力,同时木质纤维还承担一定的拉伸强度,使改良土的劈裂强度增加。     

水泥固化锌污染土压缩特性影响因素分析

基于固结试验,研究了不同养护温度、锌离子质量分数及水泥掺量条件下水泥固化锌污染土的压缩特性,推导出能够综合反映三者对压缩系数影响规律的经验式。结果表明:基于该经验公式,根据某一已知条件（即上述3个变量值）对应的固化体或者素土的压缩系数值可以较好地预测其他条件下的固化体压缩系数。此外,锌离子质量分数一定时,固化体压缩系数随水泥掺量的增大呈指数性减小。水泥掺量一定时,压缩系数随锌离子质量分数的增大而增大。压缩系数随养护温度的提高而减小,固化体压缩系数比值与养护温度之间呈现较好的对数函数关系。     

棉秆纤维EPS颗粒轻量土配合比设计

为满足湿陷性黄土地区海绵城市道路建设需求,研制了一种具有轻质、高强并兼具一定渗透性的棉秆纤维EPS颗粒轻量土作为路基换填材料。该轻量土由棉秆纤维、聚苯乙烯(EPS)颗粒、水泥、黄土和水混合而成。通过室内试验对不同棉秆纤维掺量及长度、不同EPS颗粒掺量及粒径、不同水泥掺量轻量土的密度、强度、变形和渗透性进行研究,进而设计棉秆纤维EPS颗粒轻量土配合比。结果表明:轻量土各成分中,EPS掺量和水泥掺量对轻量土密度的影响最大;水泥掺量与轻量土强度之间为正相关关系,与渗透系数之间为负相关关系;EPS掺量和粒径与轻量土强度之间为负相关关系,与渗透系数之间为正相关关系;棉秆纤维的加入改善了轻量土的塑性性能,并使轻量土的渗透性有一定程度的提高。各因素对轻量土强度影响的大小顺序为:水泥掺量>EPS掺量和粒径>棉秆纤维掺量和长度。满足湿陷性黄土地区海绵城市道路建设需求的棉秆纤维EPS颗粒轻量土最优配合比为:黄土∶棉秆纤维(长度9 mm)∶EPS颗粒(粒径0.5～1.0 mm)∶水泥∶水=1 000∶4∶18∶35∶400。