生石灰与微生物共同固化过湿性铝尾黏土试验研究

因土体孔隙小,目前微生物矿化技术(MICP)在铝尾黏土固化中鲜有应用。基于尾矿库复垦需求,采用生石灰与微生物共同固化技术(生化固化技术)对过湿性铝尾黏土进行处理并与石灰固化技术处理进行对比,通过SEM扫描、压汞试验、剪切试验和压缩性试验揭示其生成物元素组成、土体微观结构和强度变化规律。试验结果表明:生石灰与土中水发生水化反应,形成大量较大直径孔隙,为微生物生存提供空间;生石灰与铝尾黏土中水反应生成Ca(OH)_2导致土体pH值和温度升高,试验生石灰掺入量导致的土体温度上升处于试验菌种耐受范围内,同时该菌种具有较好耐碱性,能够利用生石灰水解产生的Ca~(2+)进行矿化作用,但过高碱性会影响其代谢,故应控制生石灰掺量;石灰固化技术处理铝尾黏土能够提升土的抗剪强度,降低压缩系数;生化固化技术处理铝尾黏土能有效填充土体孔隙和黏结土颗粒,处理效果优于生石灰固化技术处理,考虑生化固化效果的最优生石灰掺入量为23.33 kg/m~3。     

地聚物固化软黏土的力学特征及机理分析

采用无侧限抗压强度(UCS)试验、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),研究了地聚物对软黏土的固化和UCS提升效果,分析了地聚物碱激发剂模数、掺量对软黏土固化效果和UCS提升的影响,并探讨了其固化机理.结果表明:碱激发剂模数为1.2时,地聚物固化软黏土的UCS得到大幅提高,最大值为4.37MPa;碱激发剂掺量的增加对地聚物固化软黏土的早期强度提升影响显著,但对14、28d强度影响较小,当掺量超过5.0%时,强度提升效能降低;地聚物固化软黏土中同时生成了水化硅铝酸钠(N-A-S-H)、水化硅酸钙(C-S-H)、碳酸钙晶体和莫来石晶体,土颗粒间的孔隙得到填充,凝胶的胶结作用提高了土体的整体性.基于试验数据给出了28d龄期内地聚物固化软黏土强度提升的评价公式.     

水泥基土壤固化剂固化土的微观结构特征

采用扫描电镜和能谱分析测试手段,对水泥基土壤固化剂固化土的微观结构和固化剂的水化产物进行了研究.结果表明:水泥基土壤固化剂水化产物包括水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、氢氧化钙、碳酸钙、三硫型水化硫铝酸钙(AFt)等物质,其中C-S-H凝胶、AFt是构成固化土强度的主体;六方棱柱状的AFt晶体和纤维状的C-S-H凝胶(Ⅰ)纵横交替搭接成网状结构,插入或填充于土颗粒孔隙之中;网络状或其他形状的C-S-H凝胶附着在土颗粒表面并将其包裹起来,或将相近的土颗粒黏结起来.水泥基土壤固化剂水化产物的填充、挤密、黏结等作用,使呈松散状态的土颗粒逐渐成为较致密的整体,从而改善了土体的工程技术性能.     

碱污染红黏土物理性质及微观结构试验研究

碱污染使得贵州某铝厂地基红黏土孔隙比、比重和塑性指数降低。结合实际污染液浓度及入磨母液为污染源,考虑时间和浓度效应,对碱污染原状红黏土通过室内土工、电镜扫描试验、能谱分析,研究其物理性质的变化。结果表明:高浓度下,各基本物理指标总体低于蒸馏水养护下各指标,有机质含量、比重、黏粒含量、塑性指数、孔隙比整体降低,养护0~10 d期间,浓度越大指标降低程度越大,10 d时出现极值点;低浓度下,土颗粒较为分散,各物理指标多在20 d或40 d时出现极值点;入磨母液中,各物理指标均较低。污染红黏土特殊物理性质的变化是其微观孔隙面积、颗粒个数、新盐填充在微观孔隙内部以及黏土矿物吸附溶液中物质所共同导致的,另外,碱污染红黏土中粘土矿物不吸附Mg元素,岩土工程中应引起注意。     

水泥含量对固化土结构形成的影响研究

以粉砂土为研究对象,对水泥土抗压强度与水泥含量关系进行了试验研究,推导了水泥土结构形成过程中水泥浆包裹土颗粒和填充孔隙所分别对应水泥量的理论计算公式。在此基础上,对水泥含量不同时,水泥在固化土结构形成过程中所起不同作用及其与水泥土抗压强度增长规律相互关系进行了分析,提出固化土结构形成由固化剂胶结土颗粒与填充孔隙两部分构成。     

纳米膨润土加固黏土强度的试验研究

纳米膨润土是一种新型的土体加固材料,能有效提高土体的物理力学性质。掌握纳米膨润土加固土体的特性对于该技术的推广应用具有重要的意义。本文开展了10组无侧限抗压强度试验,研究了掺加纳米膨润土后黏土土样的力学性质,以及纳米膨润土掺量、土的含水率和干密度三个因素对土体无侧限抗压强度的影响。结果表明,纳米膨润土的掺加能有效提高黏土的抗压性能,且抗压强度随纳米膨润土掺量、土干密度的增加呈非线性增加;随土含水率的增加,抗压强度先减少后增加。黏土内掺入纳米膨润土后,由于土的孔隙会被填充,形成密集结构,纳米膨润土-黏土颗粒界面的有效接触面积增加,使黏土体的强度显著增加。同时,水分会在纳米膨润土-黏土界面起到润滑作用。本研究表明,这一土体加固技术能有效提高地基土的承载力和变形性能,因此具有巨大的应用潜力。     

基于SEM和MIP的冻融循环对粉质黏土强度影响机制研究

冻融作用会影响土体的强度特性,以青藏铁路沿线粉质黏土为研究对象,对经历不同冻融次数的土样进行单轴抗压强度试验、扫描电子显微镜(SEM)试验和压汞(MIP)试验,通过数字图像处理技术对土样的微结构图像进行定量分析来揭示冻融循环对土体强度影响的微观机制。结果表明:随冻融循环次数的增加,土体的单轴抗压强度呈指数型降低趋势,并在冻融30次后逐渐趋于稳定;冻融作用中土体的面孔隙度、各类孔隙所占比例和孔隙分形维数都经历了波动调整期和动态稳定期2个阶段,其中面孔隙度的变化和单轴抗压强度之间呈负相关关系;冻融循环改变土体的孔隙分布,孔隙大小及孔隙密度都呈增大趋势;冻融作用过程中,土体产生贯穿的孔隙和裂隙使土颗粒骨架与颗粒特征发生改变,导致土骨架的结构性转移,受力体系发生改变,从而改变土体强度。SEM试验和MIP试验相互对比、补充,使土体微观孔隙结构研究更加准确有效。     

石灰粉煤灰固化天津滨海软土试验研究

天津滨海新区大面积分布的海积软土含水量高、孔隙比大、强度较低,对工程的安全建设和使用存在很大影响,在工程实践中常需要进行固化处理。本文以石灰粉煤灰为固化材料,通过大量室内试验,以及微观结构测试,研究其对天津滨海软土的改良效果。室内试验结果表明,二灰土各项力学性质明显提高,即压缩性降低,水稳性良好,无侧限抗压峰值应变及三轴峰值应变较小,由于其强度很大程度依赖于土体颗粒间的胶结作用,一旦破坏,二次抗压强度则较低。微观结构测试分析表明,石灰粉煤灰与软土在拌合均匀状态下,经一系列物理化学作用,土体颗粒胶结成土团粒,粒间孔隙也得到填充。随着龄期的增长,二灰土孔隙数量减少,等效直径减小,土体颗粒数量减少,等效直径增大;而随着压力的增大,二灰土表现出孔隙数量增多而孔隙等效直径减小,颗粒数量和等效直径变化较小的趋势。室内试验与微观测试认为石灰粉煤灰可用于固化天津滨海软土,是一种经济合理的固化剂。     

砂土注浆加固强度特性研究

高聚物注浆技术已在实际工程中得到广泛应用,通过室内三轴试验和Abaqus有限元数值模拟进行砂土加固前后强度的对比分析,结果表明:砂土通过注浆加固后强度能够得到明显地提高,原因是注浆后高聚物对砂土颗粒间的孔隙有填充作用,增大了颗粒间的粘结力,阻碍了颗粒的运动,从而能够提高土体的承载力。     

利用工业废渣配制水泥系软土固化剂探讨

在阐述固化剂加固软土原理的基础上,提出欲使松散多孔的软土成为强度较高的密实固化土结构,固化剂在软土中水化生成胶凝性水化物将胶结土颗粒使其成为一体;膨胀性水化物填充土颗粒之间孔隙,减小孔隙比;提供足够的碱度,使土中或固化剂中活性SiO2、Al2O3发生硬凝反应,生成胶凝性物质,增加固化土强度。并在此基础上,分类介绍了能够产生胶凝性水化物、膨胀性水化物和能提高固化土碱度的各类工业废渣及对各类工业废渣的研究利用的成果。     

高掺量磷石膏稳定红黏土胀缩特性

为研究高掺量磷石膏稳定红黏土胀缩变形特性,改变以往磷石膏和水泥作为外掺固化剂改良土的研究思路,把磷石膏和红黏土作为主要原材料,以水泥含量5%,磷石膏和红黏土比例1:1、1:2、1:3的配比制作试样,研究不同含水率、不同压实度下素红黏土和磷石膏稳定红黏土胀缩变形特性。结果表明:素红黏土绝对膨胀率在0～3 h线性增加,3 h后基本达到稳定; 磷石膏稳定红黏土绝对膨胀率在0～3 h缓慢增加,变形量小于素红黏土,3 h后变形量持续增加,在2 d左右超过素红黏土,表现出更大的膨胀性,膨胀稳定时间为10 d左右; 磷石膏水泥稳定红黏土混合料绝对膨胀率相较于素红黏土膨胀变形具有滞后作用,磷石膏和水泥的掺入可以有效降低混合料前期的膨胀变形,且同一含水率条件下,磷石膏掺量越低,绝对膨胀率越大; 磷石膏稳定红黏土初始含水率越低,绝对膨胀率越大; 磷石膏稳定红黏土和素红黏土线缩率随含水率、压实度的增大而增大; 水平收缩率随含水率的增大而增大,随压实度的增大而减小; 相同含水率和压实度下,磷石膏水泥稳定红黏土线缩率大于素红黏土,水平收缩率小于素红黏土; 高掺量磷石膏稳定红黏土7 d龄期无侧限抗压强度能够满足规范对二级及以下公路底基层水泥稳定材料强度的要求,但其膨胀变形较大,且稳定时间较长; 建议在磷石膏水泥稳定红黏土中掺外加剂进一步研究以减小其膨胀变形。     

泥炭土的固结特性试验研究

沉降量大且沉降持续时间长是修建在泥炭土地基上的工程所面临的主要问题,而目前国内外学者对泥炭土固结特性的研究结果不尽一致。鉴于此,本文以云南某高速公路泥炭土路段为依托,参照一般土体的室内土工试验方法,对不同有机质含量的泥炭土进行了基本性质试验和一维蠕变试验。结果表明:有机质含量越高,泥炭土的次固结变形量越大。强泥炭质土和泥炭在不同压力下主固结完成时间较短,且基本不受固结压力的影响,这与淤泥质土的相应规律有较大差别。此外,先期固结压力对强泥炭质土和泥炭的次固结沉降速率有很大的影响,而且当荷载大于先期固结压力时,按照一般土体的试验方法进行一维固结试验所得强泥炭质土、泥炭的e-lgt曲线未出现反弯点。弱泥炭质土可参照一般软粘土的方法用e-lgt曲线确定次固结系数,其次固结系数随压力的变化规律与一般软土的变化规律一致,即次固结系数随固结压力先增大后减小。     

电石渣改良路基过湿土的微观机制研究

 为揭示电石渣改良路基过湿土的强度增长机制,通过无侧限抗压强度、酸碱度、压汞和热重分析试验,从微观角度出发,探讨改良土强度与pH值、孔径分布、火山灰反应产物含量的内在联系,并与石灰改良土进行比较。结果表明,电石渣改良路基过湿土早期强度与生石灰改良土接近,而后期强度为生石灰改良土的1.05～1.16倍;电石渣细粒含量约为生石灰的1.72倍,比表面积大5倍,可保障电石渣与土颗粒接触更充分;电石渣活性Al,Si成分含量约为生石灰的1.71倍,且电石渣改良土pH值可维持在12.4～12.6(而生石灰改良土pH值低于12.4),为火山灰反应提供较好的碱性环境,水化反应更持久;28和120 d龄期时,电石渣改良土的火山灰反应产物含量约为生石灰改良土的1.06和1.10倍,且微孔隙(＜0.007 μm)和小孔隙(0.007～0.900 μm)的体积百分比之和分别约为生石灰改良土的1.05和1.23倍,结构更致密。     

击实砾质土抗拉强度试验研究

抗拉强度是黏性土的一个比较重要的力学性质,由于在工程中使用相对较少,对其研究并不多。实际上,诸如土体裂缝、坍塌、土石坝心墙水力劈裂等不少工程问题都与抗拉强度有着密切的关系。对3种砾质土进行击实试样的抗拉强度试验,研究抗拉强度随试样干密度、前期固结压力和含水率等的变化规律。试验结果表明,击实砾质土抗拉强度随着干密度的增加而增加,增加幅度显著;随着前期固结压力的增加,土的抗拉强度也增大,但在试验范围内(固结压力100～500kPa)增大并不明显。随着含水率的增加,抗拉强度稍有减小。在所试验的含水率、密度和前期固结压力范围内,试验得到的砾质土抗拉强度为20～80kPa。     

固化土结构的形成模型

通过理论分析和试验验证,提出了一个固化土结构的形成模型。该模型认为:粉土固化土结构是由固化剂水化物充分包裹胶结土颗粒和填充土颗粒间孔隙而构成;黏性土固化土结构是通过固化剂水化物包裹胶结土团粒、填充土团粒间孔隙、挤压填充土团粒内孔隙而构成。该模型可以较好地反映固化剂掺量和种类与固化土强度增长规律间的关系。该模型指出,对于不同土质类型,固化剂可能产生的水化物种类,对固化剂优化设计具有指导作用。     

昆明泥炭、泥炭质土的力学特性研究

昆明盆地由于阳光充足,水温适宜,又有湖泊、河流、洼地等地貌条件,有利于水生、湿生植物的生长蔓延,向沼泽化辟落发展,所以泥炭、泥炭质土的分布,是有其地区特点的。现建设现代新昆明,有许多建筑必须建设在这样的地基土上,因此,有关昆明泥炭、泥炭质土工程特性及工程应用的研究     

初始干密度对天然砂砾改良红粘土回弹模量的影响及预估模型

以掺天然砂砾改良的红粘土为研究对象,采用室内承载板法测定回弹模量,通过不同初始干密度下的回弹模量试验,深入研究了天然砂砾改良红粘土的回弹模量随初始干密度的变化规律,建立了不同初始干密度下回弹模量的预估模型。试验结果表明:在同一天然砂砾掺量下,随着初始干密度的提高,红粘土的回弹模量逐渐增大。当初始干密度由低向最大干密度增大时,回弹模量增长速度较快,当初始干密度超过最大干密度继续增大时,回弹模量增长速度变缓;在同一初始干密度下,当天然砂砾掺量从0增至30%时,回弹模量的增长幅度较小,当天然砂砾掺量超过30%而继续增长时,回弹模量增长幅度较大;初始干密度由1.6g·cm-3增长至2.0g·cm-3时,回弹模量增长值随天然砂砾掺量的增加而逐渐增大。分别建立了回弹模量随初始干密度及天然砂砾掺量变化的预估模型,通过补充试验,验证了预估模型的准确性。     

石灰稳定风干软粘土的试验研究

根据规范规定,软粘土不得用作压实填土的填料。但因场地周围无合适土源,必须充分利用鱼塘内挖出的软粘土。挖出的软粘土经堆积风干,随着土中水的不断排出,软粘土的性质得到了明显改善。在论述石灰稳定土加固机理的基础上,结合现场风干堆积软粘土和石灰稳定软粘土的碾压试验结果,阐述了软粘土和石灰稳定软粘土的性状,同时,提出了石灰稳定软粘土的施工要点及施工质量控制。     

含铝固化剂固化软土的试验研究

用普通硅酸盐水泥、石膏和一种含铝膨胀组分构成的复合固化剂（PC＋G＋Al固化剂）,选取2种有代表性的试样,进行软土固化试验研究,并与单纯使用水泥（PC）和水泥-石膏（PC＋G）固化剂加固软土的效果进行比较分析。研究结果表明：对2种试样,PC＋G＋Al固化剂加固效果优于其他2种固化剂;PC＋G固化剂只对孔隙比大、含水率高的试样加固效果优于PC固化剂的加固效果。PC＋G＋Al和PC＋G固化剂的水化物中都产生钙矾石,利用钙矾石生成的固相膨胀作用填充孔隙,而钙矾石的生成在固化土中是否产生增强效果,主要取决于钙矾石与水化硅酸钙凝胶生成过程的协调性。