天津滨海吹填泥浆的自重沉降固结特性研究

以天津滨海新区吹填泥浆为研究对象,对初始含水率w_0=200%~2000%的泥浆开展长达100 d的自然沉降模型试验,研究吹填泥浆的自重沉降固结规律与形成土的微观结构特性,据此提出吹填工程设计的控制指标,为吹填工程的设计与施工提供可靠的技术支撑。结果表明,天津吹填泥浆的沉降类型主要是沉积沉降和固结沉降,沉积沉降过程分为絮凝阶段、阻碍沉降阶段、自重固结阶段。含水率临界值(或土的形成含水率)w_0*=400%,且w_0*与液限w_L具有较好的线性关系。初始含水率w_0≤w_0*,发生固结沉降,沉降量可以用一维固结理论计算;w_0w_0*,发生沉积沉降,沉降量可以用沉积规律计算。土的形成孔隙比e_0*=10.92;沉降稳定时间Tc可用Tc=159(w_0/w_L)~(-1)计算;稳定孔隙比e_c可由分段公式计算,e_c=0.08+5.4(e_0≥13.65),e_c=0.4+1.03(e_013.65);絮凝屈服应力P_s=0.3 k Pa,界限孔隙比e_s=6.4。研究还表明,泥浆沉降过程其实是絮凝屈服应力与有效应力相互影响的过程,进而产生不同的沉降特征;吹填形成土在平行于沉降方向为絮凝结构,而垂直沉降方向呈堆叠结构。     

pH值对工程废浆稳定、絮凝及固结特性的影响

在影响药剂真空预压法处理工程废弃泥浆效果的诸多因素中,pH值是其中最重要的因素之一。文中关于pH值对工程废弃泥浆稳定、絮凝和固结特性的影响进行了研究。首先探讨不同pH值时废浆中土颗粒Zeta电位的变化规律;然后研究泥浆不同pH时絮凝剂APAM的最佳添加量和不同pH值调节方式时废浆的絮凝效果;最后通过固结试验分析了在絮凝剂APAM添加量相同情况下不同pH值导致废浆的不同固结特性。研究结果表明：①土颗粒表面Zeta电位的绝对值随废浆pH值的增大而减小,颗粒粒径随pH值的减小呈增大趋势,特别是在酸性条件下,废浆中土颗粒更容易发生聚沉,小于0.01mm的土颗粒多变为0.01~0.02mm的土颗粒;②不同pH值的废浆在达到最佳絮凝状态时各条颗分曲线相差不大,但是APAM的最优添加量随着废浆的pH值变化而变化;③pH值的不同调节方式对废浆的絮凝效果有较大影响,相同pH值时,采用CaO调节方式得到的废浆絮体粒径要比采用NaOH调节方式得到的废浆絮体粒径要大;④固结试验表证明pH值接近中性泥浆絮体的固结系数最大,建议在药剂真空预压处理工程废弃泥浆时将pH值调节至中性。研究成果对药剂真空预压乃至压滤、离心法处理工程废弃泥浆实践均具有一定的实际指导意义。     

任意荷载下分数阶导数黏弹性饱和土体一维固结

将分数阶导数理论引入Kelvin–Voigt模型,来描述黏弹性饱和土体的力学行为。对饱和土体一维固结方程和分数阶导数Kelvin–Voigt本构方程实施Laplace变换,联立求解得到变换域内有效应力和沉降的解析解。采用Crump方法实现Laplace数值反演,获得了任意荷载情况下物理空间内一维固结问题的半解析解。并将指数荷载情况下分数阶导数模型退化到黏弹性情形,结果与已有文献解析解相同,验证了本研究提出任意荷载情况下分数阶导数黏弹性解的可靠性。最后,分析了相关参数对固结沉降的影响。研究表明,任意荷载情形下分数阶导数黏弹性饱和土体一维固结发展过程与黏滞系数和分数阶次有关,分数阶次越大,固结沉降发展越快;黏滞系数越大,固结沉降变化越慢;荷载变化趋势与由荷载参数变化引起的沉降变化规律是一致的,且最终沉降量一致。本研究有助于深入认识分数阶黏弹性饱和土体的固结行为。     

药剂真空预压法处理工程废浆试验

将适合于处理大面积高含水率淤泥的真空预压法与用于污水处理的絮凝沉淀法相结合(即药剂真空预压法)应用于工程废浆的固液分离。针对上海某桩基施工现场产生的废弃泥浆采用4种不同的絮凝剂进行了沉降柱试验,并对各自的絮凝效果进行了对比。采用最佳絮凝效果时的絮凝剂和配比,进行了室内药剂真空预压模型试验,试验过程中对出水量和废浆浆面高度进行监测;试验前后进行了含水率、颗粒分布、压汞和扫描电镜试验。试验发现:1废浆含水率从絮凝前的163%,降低到絮凝后的96%,经过真空预压后再降低到37%;2加入絮凝剂后絮体中的黏粒含量减少、粉粒含量增多,即絮凝会使小颗粒长大;3处理后废浆的孔隙率明显下降,沿径向向内逐渐减小。研究表明药剂真空预压法技术可行、效果显著,值得大范围推广。     

任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基一维固结模型

以基于Caputo分数阶导数的弹壶元件修正Kelvin模型来描述饱和土体一维固结的力学行为,并引入连续排水边界条件,通过Laplace变换,联立求解得到任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基有效应力及固结沉降的解析解。采用Laplace逆变换,获得了其时域内的理论解,并分析了梯形循环荷载及施工荷载作用下相关参数对固结沉降的影响。研究结果表明:循环荷载作用下,黏土地基的沉降变化呈振荡增长,且振荡幅值随着边界透水性的增大而增大;分数阶次α增大,使固结前期沉降速率减慢,而在固结后期,α值对沉降的影响正好相反;循环荷载下沉降变化曲线的振荡幅值随着分数阶次α的增大而减小。此外,一维固结沉降的发展还与土体力学参数及荷载参数相关,弹性模量E越大,最终沉降量越小;黏弹性体的延迟时间F越大,固结沉降变化越慢。     

层状盐岩储气库运营压力失控全过程稳定性分析

为研究极端荷载作用下深部层状盐岩储气库(群)的非线性响应特征,针对金坛盐岩地质构造,建立层状盐岩储气库水溶建腔、注采运营至失控井喷卸压全过程数值分析模型,运用自定义盐岩黏弹塑性损伤模型计算失控卸压对储库单、双腔渐进破坏、变形收敛及地表沉降的影响。结果表明,夹层位置围岩破损深度要显著大于其他部位,且极端卸压造成的腔周破损区达到10 a循环注采运营阶段的5~10倍;失控卸压阶段溶腔平均体积收敛速率达0.012%/d~0.013%/d,为正常注采运营阶段的6.0~6.5倍;地表沉降呈漏斗状曲线分布,极端卸压影响范围在两倍溶腔直径范围之内。双腔分析揭示出两倍溶腔直径安全矿柱宽度下相邻腔体间的相互作用已不明显。     

地表温度周期波动的饱和土一维热固结解析解

针对地表温度周期波动的饱和土一维热固结问题,建立相应的热固结模型。利用偏微分理论,得到土层内部超静孔隙水压、温度增量的解析解,并进而得到地基沉降的表达式,由此分析饱和土的一维热固结性状,并与Terzaghi解进行比较。结果表明:热固结性状与温度增量、热传导速率、温度波动周期等有关;受地表温度周期波动的影响,超静孔隙水压、沉降也会出现波动性。     

巨型溶洞超厚填筑体表层沉降监测与预测研究

黔张常铁路高山隧道高位斜穿巨型溶洞,采用洞砟回填方法处治溶洞,填筑回填体+底部堆积体总厚度达67～121m。针对超厚回填路基建立了表层沉降监测系统,详细阐述了监测系统的设计与实施方法,并采用数值模拟和指数曲线法对路基最终沉降量进行预测分析。研究结果表明:超厚回填路基沉降可分为瞬时沉降、主固结沉降和蠕变沉降3个阶段,沉降量主要发生在瞬时沉降阶段和主固结沉降阶段;沉降量随时间的增加而增大,沉降速率随时间增加逐渐减小;回填体上部结构自重和施工期新增荷载(机械及其他荷载)是影响路基沉降的主要因素,路基不同位置对施工阶段的敏感度不同。在钢筋混凝土路基板隔振作用下,列车动载对路基板以下回填体沉降几乎不产生影响,路基最终沉降量满足列车正常运营要求。     

水泥净浆絮凝结构研究

通过试验研究了掺加超塑化剂前后水泥净浆流动度的变化,并结合光学显微镜观察相应的水泥絮凝结构,讨论了微观絮凝结构与宏观流动度的联系.得出结论,水泥的絮凝结构中确实包裹了大量的自由水,严重影响了水泥的流动性.同时还应用分形理论得出水泥絮团属于典型的分形结构,其分形维数为1.846 8.     

高含水率碱渣的强度特性试验研究

目前碱渣大量的用于填筑工程,碱渣的强度特性是分析碱渣地基沉降变形的关键。以不同条件的碱渣三轴试验为基础,研究了碱渣的强度变形特性,并且分析了碱渣强度产生的机理。结果表明:碱渣的强度随着含水率、干密度及龄期的变化而变化,碱渣抗剪强度的最大值不在最优含水率处,这与一般土不同。碱渣强度最大时,黏聚力起主要作用。     

磷酸盐对铅污染土–膨润土竖向隔离墙材料沉降特性影响的试验研究

土–膨润土竖向隔离墙广泛应用于控制地下水中污染物的运移。将两种磷酸盐用于铅污染环境下传统隔离墙材料改良,以增强墙体材料分散性,提高其对污染物的阻滞效果。通过一系列沉降试验和微观扫描电镜试验,研究了不同铅浓度、磷酸盐掺量和种类下土–膨润土隔离墙材料的沉降特性及其变化规律,并给出相应的机理解释。试验结果表明,隔离墙材料在铅污染作用下发生絮凝,沉积物体积增加36%;磷酸盐作用下,铅污染试样沉降模式由絮凝沉降型转变为累积沉降型,同时沉积物体积明显减小,沉积物结构更致密;磷酸盐的空间位阻效应和具有增加土粒表面负电势的性能使得隔离墙材料的分散性得到显著改善,土颗粒保持为平行有序的排列结构;相同磷酸盐掺量下,掺加六偏磷酸钠试样的沉降体积较小,其对铅污染试样的分散效果优于焦磷酸钠;铅浓度为0~0.1,1~2和6 mmol时,六偏磷酸钠最优掺量分别为0.1%,0.5%和2%。研究成果可对改善受污染隔离墙材料的分散性提供一定参考。     

A study of titanium sulfate flocculation for water treatment

There are limited studies available on titanium salt flocculation. In this research, coagulation experiments of titanium sulfate were conducted using both distilled water and kaolin clay suspension. Results showed that titanium sulfate flocculation was most effective in the pH range 4-6, and negligible concentrations of titanium were found in the well-flocculated water. The floc isoelectric point (IEP) was found to be near pH 5. Measurements showed that the titanium flocs possessed greater density, diameter and settling velocity than the aluminum flocs. The titanium flocs were composed of TiO(OH)₂, which would change from the amorphous phase into anatase titanium dioxide under elevated temperatures. Floc images showed the structural similarity of titanium and aluminum flocs. Laboratory results and a pilot experiment showed that titanium sulfate could be an alternative coagulant for water and wastewater treatment.     

强夯法在可液化回填土中的应用

强夯法广泛适用于处理一般粘性土、饱和砂土、碎石土、粉土、人工填土、湿陷性黄土、淤泥质土等地基,从而消除液化,提高地基强度,降低压缩性,提高土层均匀性,减小地基不均匀沉降.文章通过介绍位于唐山市曹妃甸区地基处理的工程实例,来探讨强夯法动力密实机理在工程实际中的应用.     

纳米SiO_2用于含表面活性剂原水的处理

在含表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的低浊(6 NTU)高岭土原水中,投加纳米SiO_2进行动态混凝与静沉试验,借助图像分析技术与定量控制参数,探讨了纳米SiO_2的作用效果与形态学特性.结果表明:絮体的形成与生长具有分形特征,分形结构是影响颗粒混凝、絮团密实度与沉降特性的主要因素;SDS的存在对絮凝初期絮体的形成起阻碍作用,随后SDS与混凝剂的混合体共同对粒子作用,促进絮凝,絮体变大且密实,沉降性能改善;SDS和SiO_2对高岭土粒子存在竞争吸附;单独投加纳米SiO_2时形成的絮体小而脆弱,而以纳米SiO_2为助凝剂能促使PAC絮体结构向更密实的构型转变,对浊度和SDS的去除率提高.     

碱矿渣-粉煤灰砂浆的耐高温性能及孔结构研究

研究了不同粉煤灰掺量的碱矿渣-粉煤灰砂浆在20℃、200℃、400℃、600℃、800℃下力学性能的变化规律,并通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和压汞法(MIP)分析了浆体的水化及孔结构。结果表明:掺粉煤灰可优化浆体的孔径分布,降低内部孔隙率,提高砂浆的耐高温性能,粉煤灰的适宜掺量为30%~50%;200℃时,掺30%粉煤灰砂浆的抗压强度最高,较20℃时提高了49.3%;600℃时,发生了固相反应,C-S-H凝胶减少,少害孔(20~50 nm)数量增加,砂浆保持了与20℃相当的抗压强度;800℃时,浆体生成大量钙黄长石,砂浆的抗压强度为20℃时的11.5%,基本失去工作性能。综合考虑,碱矿渣-粉煤灰砂浆的使用温度不宜超过600℃。     

Flocculation of river silt using chitosan

Flocculation of silt in river water using chitosan was studied in the pH range 4-9, and suspended solid concentrations in the range 20-80 mg/L. Chitosan effectively reduces turbidity due to silt by flocculation and settling. Flocculation efficiency is very sensitive to pH, and reaches a maximum at pH 7. The optimal chitosan concentration required to effect flocculation is 0.5 mg/L and is independent of silt concentration within the range examined. Restabilisation of the suspension is observed at higher concentrations of chitosan, and the amount required for restabilisation increases with increasing concentration of suspended solids. Flocculation is faster at higher concentrations of silt and the flocs are large and fibrous.     

Experimental study on the effect of injecting slurry inside a jacking pipe tunnel in silt stratum

Through a three-dimensional model test, the variations of jacking force and ground settlement inside a jacking pipe tunnel in silt stratum, under testing conditions which include non-injection and different synchronized injections of slurry, are simulated in order to study the effect of traditional thixotropic slurry (consisting of bentonite, CMC (Carboxymethyl Cellulose) and soda ash) and HL compound slurry to decrease frictional resistance and ground settlement. And then their mechanical properties are investigated according to the different slurry micro-structure features which are captured by an electron microscope. The tests and analysis demonstrate that: (1) injecting thixotropic slurry inside a jacking pipe tunnel has conspicuous effects in reducing frictional resistance, and (2) viscosity and condensation force of the slurry have a dominant effect on decreasing frictional resistance and ground settlement, respectively. To reach optimal jacking distance and efficiently control ground settlement, more attention should be given to slurry parameters in the actual engineering processes. The research results indicated excellent effects when they were applied to the jacking pipe of Shanghai Lingang New City Sewage Conduit.     

考虑非达西渗流和变荷载影响的软土大变形固结分析

软土中的非达西渗流和大变形特性已为人们所认识,但能考虑土中非达西渗流的软土大变形固结理论还鲜有报道。考虑实际中的变荷载,基于土中的非达西渗流现象在拉格朗日坐标系中建立以超静孔隙水压力为变量的软土一维大变形固结模型。利用有限差分法对所建立的模型进行数值求解,并与特定条件下的解析解对比,以验证数值解的可靠性。最后着重分析非达西渗流模型参数对软土大变形固结性状的影响及大、小应变不同几何假定下非达西渗流固结性状的异同。结果表明非达西渗流模型的参数m及i1值越大,地基的固结速率就越慢;如果小应变固结理论中自重应力的计算也考虑沉积作用,此时尽管软土在大变形几何假定下的固结速率要比小变形假定下快,但大、小应变固结理论计算的地基最终沉降值相等;基于此,鉴于大变形固结理论的复杂性,此种情况下应用小变形代替大变形几何假定所引起的计算误差是可接受的。