水泥固化淤泥质土-砂混合软土的工程特性研究

以井睦高速花岗岩地区的水泥固化淤泥质土-砂混合土为研究对象,通过无侧限抗压强度试验,研究了含砂水泥固化土的工程特性,得出了含砂量和龄期对其强度和变形特性的影响机制.试验结果表明:水泥掺入比一定时,增加含砂量,含砂水泥固化土强度呈峰值点趋势增长,即存在最优含砂量且具有随水泥掺入比增加而增大的内在规律;当水泥掺入比为12%和20%时的最优含砂量分别是30%和40%.水泥固化土的应力应变曲线均存在明显的峰值,属加工软化型;含砂量对其强度和变形特性的作用机制主要是置换作用、团粒化及填充作用、约束作用、减水作用和分散作用,说明采用水泥固化淤泥质土-砂混合软土具有优越性.     

水泥固化温州污染土的力学性质和微观结构特性

在不同水泥掺量和龄期条件下对NaCl、油脂、Pb（NO₃）₂污染的温州软土进行水泥固化处理后,土体的强度得到改善。为进一步得出水泥固化处理对于不同污染土的处理效果,对水泥固化稳定不同的污染土进行了无侧限抗压强度试验和微观结构研究。分析了不同污染物类型、污染物掺入量、水泥掺入量以及养护龄期对水泥固化污染土强度特性的影响以及不同污染物浓度下水泥固化土微观结构的差异。试验结果表明：NaCl在一定范围内促进了水泥固化土早期强度的提高;油脂使水泥固化土的强度明显降低,压缩性增大;Pb（NO₃）₂掺入到土体中后,水泥固化土的强度总体上略有降低,掺入量与强度之间大致呈线性关系。随着水泥掺入量及龄期的增加,水泥固化污染土的强度会有显著提高。扫描电镜（SEM）结果分析得出：由于污染物的作用,污染物浓度的增加使固化土中孔隙增多,结构变得疏松。     

淤泥质土的固化机理研究

为了消除腐植酸对水泥固化处理淤泥质土的不利影响,阐述了淤泥质土中腐植酸的特性,探讨了腐植酸对水泥水化过程的影响机理,提出了从减薄黏土双电层厚度、添加膨胀组分、提高固化土早期强度、提高土壤pH值、裂解有机质大分子结构以及调节水泥离子和黏土颗粒的活性的角度固化淤泥质土的对策.抗压强度试验表明,三乙醇胺和氢氧化钠双掺效果优于单掺效果,不仅可以加速早期强度的增长,而且对后期强度发展有利;随着生石灰、高效减水剂、水玻璃和生石膏掺量的增加水泥固化土的强度均呈现先提高后降低的规律.正交试验得到了复合固化剂中各添加剂间的最优配比.强度对比试验表明,复合固化剂的固化强度优于单掺水泥和水泥复掺固化剂SN201的固化效果,充分验证了其在强度提高方面的优越性.     

固化淤泥土压缩性试验研究

淤泥由于含水率高强度低,无法直接作为工程用土。对淤泥进行固化处理,可以实现废弃淤泥的资源化利用。选择常州市武进区废弃淤泥作为研究对象,利用42.5普通硅酸盐水泥作为固化添加剂,通过固化淤泥的单向压缩试验,探讨4种水泥参量变化条件下共24个试样的压缩变化机理,描述水泥添加量对压缩模量的影响,分析其影响规律。通过试验对比分析,可知：同一含水率下,淤泥随着水泥参量的增加,试样压缩性减小;各试样在压缩试验过程中,其压缩变形规律基本一致,荷载达到200kPa时,其压缩性趋于稳定;随着固结压力的不断增加,沉降变形量逐渐减缓,最后趋于收敛;随着水泥参量的增加,同一应力条件下,试样稳定需要的时间缩短;淤泥固化效果在水泥参量接近50%时较优,超过此数值,强度虽提高,固化工作经济效益降低。     

改性淤泥固化土非饱和渗透特性试验研究

针对路基土的非饱和渗透特性对路基土强度和变形特性有着很大影响的问题,采用变水头方法,量测不同压实度、水泥掺量和养护龄期下改性淤泥固化土的饱和渗透系数.利用瞬态脱吸湿法(TRIM)系统对改性淤泥固化土样进行脱、吸湿试验,采用TRIM系统的软件进行反算,获得难以实际测量的水力学参数,得到改性淤泥固化土的渗透函数曲线.重点分析压实度、水泥掺量和养护龄期等因素对改性淤泥固化土非饱和渗透系数的影响.基于现有非饱和渗透系数模型,提出能够反映水泥掺量、压实度及饱和度等影响的改性淤泥固化土非饱和渗透系数预测模型,对模型有效性进行验证.结果表明,固化土渗透性较差,与养护龄期、水泥掺量和压实度成反比.脱、吸湿阶段,养护龄期对改性淤泥固化土非饱和渗透系数影响不大,改性淤泥固化土非饱和渗透系数随压实度增大而减小.     

人工制备有机质固化土力学特性试验研究

为了探讨有机质对水泥固化土物理力学特性的影响以及固化剂XGL2005的固化效果，在软土中添加腐植酸配制得到了不同有机质含量的人工有机质土，并进行了液塑限试验；另外，对单掺水泥固化与水泥添加固化剂XGL2005复合固化有机质土进行了无侧限抗压强度对比试验.试验结果表明,人工有机质土的液限以指数形式增长，塑限则呈线性形式增加；随着固化土中有机质质量分数的增加，固化土的强度呈对数形式下降；而随着固化剂XGL2005掺量的增加，固化土的强度呈幂函数形式增长；固化剂XGL2005可有效消除有机质的不利影响，显著增强水泥固化有机质土的效果.在分析水泥质量分数、固化剂掺量(质量分数)和龄期对强度影响规律的基础上，通过回归分析建立了既可考虑有机质质量分数对强度削减的影响，又能考虑水泥质量分数、固化剂掺量(质量分数)和龄期对强度增强影响的预测模型.     

生物酶联合水泥固化淤泥力学性能及机理

为改良淤泥强度,环保、高效解决疏浚淤泥处理问题,采用生物酶联合水泥对淤泥进行固化处理。通过无侧限抗压强度试验、直接剪切试验初步分析了生物酶对水泥固化淤泥强度的影响规律,并通过阳离子交换量试验（CEC）、电动电位试验、扫描电镜测试（SEM）、X射线衍射试验（XRD）和红外光谱试验（FTIR）等手段进一步探究了其协同固化机理。结果表明:生物酶联合水泥固化处理对淤泥强度有明显提升效果,其强度最高可提升73.8%,且生物酶掺量、种类、养护龄期影响其固化效果,但生物酶不和土体内矿物发生化学反应;生物酶和水泥的联合固化作用主要通过促进淤泥内阳离子交换作用,降低土体的电动电位,提高水泥水化产物的胶凝作用,促进活性黏土矿物的胶结以及催化包膜结构的形成实现;各类生物酶中,路易酶的固化效果最好,其水泥固化淤泥7 d无侧限抗压强度达378.8 kPa、黏聚力达307 kPa、内摩擦角达52.3°,相比水泥固化淤泥分别提高73.8%、33.2%和55.2%。     

水泥-膨润土复合固化市政污泥强度试验研究

针对固化污泥的强度问题,以水泥作为复合剂的固化基质材料,采用材料比选强度试验,优选复合剂的外掺剂;开展了不同水泥添加量和不同膨润土添加量条件下固化污泥的强度试验,研究固化污泥的强度特性。结果表明：膨润土可作为优选的外掺剂,其特殊的离子交换和团粒化作用,使得膨润土复合水泥固化市政污泥相比于黏土、页岩效果更好;固化污泥土的无侧限抗压强度总体上随着水泥、膨润土添加量的增加而增大,试验表明水泥和膨润土复合可有效固化市政污泥,提高污泥的强度特性;基于试验数据建立的固化污泥土强度预测模型,可以对固化污泥土的无侧限抗压强度进行准确预测。     

有机质对水泥固化淤泥土的力学特性影响试验研究

针对有机质对水泥固化淤泥土强度的不良影响,在南沙淤泥土干粉中添加腐殖酸配制得到不同有机质质量分数的淤泥土,采用不同质量分数的水泥对其进行固化,进行无侧限抗压强度试验,探讨了水泥及有机质质量分数、龄期对固化的有机质淤泥土无侧限抗压强度的影响.试验结果表明：有机质的存在严重阻碍水泥的水化反应,但有机质质量分数对水泥固化淤泥土强度的影响是有极限的,超过5%时,有机质质量分数的增加对固化土强度下降的影响就不明显了;固化土的强度随水泥质量分数的增加呈幂函数形式增长;随龄期的增长,含有机质的水泥土强度仍远低于普通水泥土的强度,表明有机质的影响并不会随龄期增长而减小.     

聚丙烯酰胺对水泥固化砂土性能的影响

针对传统水泥固化土耐久性较差的特点,通过对加入三种不同吸水性能聚丙烯酰胺(PAM)的水泥固化砂土进行无侧限抗压强度试验、干湿循环试验、干缩试验以及SEM电镜扫描试验,对不同吸水性能的PAM改善水泥固化土的强度、耐久性以及微观机理进行研究分析。试验结果表明:PAM的掺入可有效提高水泥固化土的强度,而PAM吸水性能的不同会导致水泥固化土的强度呈现出一定的规律性变化;PAM的掺入可有效改善水泥固化土的耐久性能,相对而言,强吸水性能PAM对于水泥固化土的耐久性表现出更好的改善作用;PAM掺入水泥固化土后形成PAM-水泥石-土颗粒的整体胶结结构,增强了水泥固化土的强度和抗干缩开裂的能力。     

滩涂淤泥固化土力学特性试验研究

为进一步了解固化材料的种类和掺量等因素对固化土力学特性的影响,采用常规不固结不排 水三轴试验对水泥为主固化剂、氢氧化钠、三乙醇胺、粉煤灰、高炉矿渣和减水剂等为外掺剂配制而 成的固化剂固化滩涂淤泥的固化效果和固化土力学特性进行了试验研究．结果表明：在水泥基准掺 量的基础上,掺入一定量的氢氧化钠、三乙醇胺、粉煤灰和高炉矿渣后,滩涂淤泥固化土的强度得到 了一定的提高,但掺量超过一定值后,其强度反而随着外掺剂掺量的增加而变小．     

纤维加筋淤泥固化土的邓肯-张模型

为了改善水泥固化疏浚淤泥土的强度、变形和稳定性,促进在水利和岩土工程中的应用,将聚乙烯醇短纤维和水泥一起掺入淤泥中,对不同纤维掺入比和围压下的试样进行20组排水三轴试验,研究纤维对淤泥固化土工程性质和邓肯-张模型参数的影响.结果表明,掺入纤维后固化淤泥土的应力-应变关系呈现出双曲线变化特征;随着纤维掺入比增加,黏聚力显著增长,内摩擦角几乎保持不变.根据实测数据和回归分析方法,建立纤维淤泥固化土的邓肯-张E-B模型,获得初始切线模量及体积模量随纤维掺入比幂函数型增长的经验公式.邓肯-张E-B模型能够较好地拟合实测的应力-应变曲线.     

微生物固化纤维加筋砂土抗剪强度试验研究

微生物固化（MICP）技术能显著提高土体的抗剪强度,但微生物固化土体也存在脆性破坏特征显著的缺陷。向待固化砂土中掺入一定量的纤维,以改善微生物固化砂土的脆性破坏特性,并基于固结排水三轴试验研究了微生物固化纤维加筋砂土的抗剪强度特性,在此基础上探讨胶结次数、纤维含量、纤维长度以及试样初始相对密实度等参数对微生物固化纤维加筋砂土剪切特性的影响。最后,结合电镜扫描测试探究纤维加筋对微生物固化砂土剪切特性影响的内在机理。结果表明：MICP过程中,碳酸钙晶体能有效沉积在纤维表面,提高其表面粗糙度,且碳酸钙与砂的混合体能对纤维提供锚固作用,从而在一定程度上提高微生物固化砂土抗剪强度,并改善其应变软化特性,纤维具备改善微生物固化土体脆性破坏特征的潜力。     

寒区路基新型含赤泥固化剂改良土强度特性的研究

为探究寒区路基新型含赤泥固化剂改良土强度特性,使用新型含赤泥固化剂(土凝岩)固化路基粉质黏土,完成了不同配合比的改良路基土的冻融强度损伤试验。将土凝岩改良路基土与水泥改良路基土进行对比发现土凝岩有很多与水泥相似的性质:10%土凝岩掺量的改良土7d无侧限抗压强度要高出水泥改良土将近0.4MPa;6%固化剂掺量的土凝岩改良土强度高于水泥改良0.13MPa,相同固化剂掺量下土凝岩改良土7d无侧限抗压强度明显优于水泥改良土。在经历3次冻融循环前,土凝岩的抗冻性优于水泥改良土,经历长期冻融循环时则不及水泥改良土。强度损失方面,根据土凝岩改良土的强度损失速率的不同,将土凝岩改良土分为强度快速损失阶段和缓慢损失阶段。改良试样无侧限抗压强度与冻融循环次数之间有着很好的关联度,以此建立了一种新型固化剂改良土强度的预测方法,为土凝岩改良土在季节冻土区的应用提供理论依据。     

干湿循环条件下CFG固化膨胀土强度特性研究

为研究水泥-粉煤灰-脱硫石膏(CFG)复合材料改良膨胀土的强度及干湿循环耐久性,制备CFG改良土进行强度试验及干湿循环试验.测试分析不同龄期CFG改良土的无侧限抗压强度及不同干湿循环次数下的表观状况、质量损失率和强度并与水泥改良土进行对比.结果表明:粉煤灰和脱硫石膏均可提高水泥固化土的强度,脱硫石膏能够增强早期强度而粉煤灰对长期强度的增强效果更明显,固化土的强度随龄期的增加而增加;干湿循环后,水泥固化土的强度随循环次数的增加而降低,其质量先增加后降低且表观破坏程度逐渐增大;CFG复合固化土的强度随循环次数的增大先增加后降低,其质量减小缓慢;与水泥固化土相比,CFG复合固化土的抗干湿循环能力更好.     

水泥固化土的室内三轴试验研究

对水泥固化土进行三轴试验研究其力学特性,分析水泥固化剂掺量、养护时间对水泥固化土的应力-应变、强度及刚度的影响,并分析其产生的原因。研究结果表明:随着轴向应变的增加,偏应力不断增加,在轴向应变相同时偏应力随着水泥固化剂掺量和养护时间的增加而增加;破坏应力随着水泥固化剂掺量和养护时间的增加而增加;强度提高系数随着水泥固化剂掺量的增加而增加;随着轴向应变的增加,刚度不断衰减,加载初期刚度衰减较快,随着轴向应变的增加曲线逐渐趋于平稳,在轴向应变相同时刚度随着水泥固化剂掺量和养护时间的增加而增加;水泥固化剂的掺入使得土体的强度、刚度及抵抗变形的能力较未加固土明显增强,且随着水泥固化剂掺量和养护时间的增加而增强。     

新型固化剂GSC固化软土的力学性能试验研究

利用脱硫石膏及钢渣-矿渣复合胶凝材料(简称GSC)固化软土,既可以充分利用工业废渣,减少二次污染,又可以节约矿产资源,保护自然生态。通过研究在不同掺入比、不同水灰比和不同龄期时GSC固化土的无侧限抗压强度试验结果,分析了掺入比、水灰比、龄期对固化土强度的影响;同时引入似水灰比对GSC固化土后期强度进行预测。研究结果表明,GSC掺入比越大,对软土的固化效果越好,GSC固化土无侧限抗压强度随龄期的增长规律与水泥土一致但早期强度比水泥土低,当GSC掺入比高于水泥掺入比3%,在龄期达到28d后,如果GSC的水灰比小于水泥的水灰比时,GSC固化土的强度高于水泥土的强度,因此用GSC替代水泥作为软土固化剂可以满足固化土强度要求。     

固化淤泥土长期强度发展规律与预测模型研究

为研究初始含水率、固化剂种类以及外加腐殖酸对淤泥固化土长期强度的影响,采用堆载预压法降低淤泥初始含水率,以消除传统翻晒烘干法对淤泥赋存腐殖酸的破坏作用。通过无侧限抗压强度试验,分析了180d龄期的固化淤泥土长期强度的发展规律,得到了淤泥固化土的无侧限抗压强度与养护时间之间的线性关系。结果表明,初始含水率和水泥、石灰、腐殖酸、偏高岭土等固化剂对固化淤泥土长期强度发展规律都有显著的影响。偏高岭土的掺入对淤泥固化土初期强度影响不明显,但能明显增强淤泥固化土的后期强度。根据12组不同配比固化淤泥土长期强度数据,引入强度增长因子,建立了固化淤泥土长期强度发展规律预测模型。研究成果可以促进固化淤泥土作为工程填筑的推广应用。     

干湿循环条件下水泥改性膨胀土变形和强度试验

为了探究干湿循环作用对水泥改性膨胀土力学性质的影响,以合肥地铁1号线太湖路车站基坑膨胀土为试验对象,进行了不同水泥掺入比和不同养护龄期的水泥改性膨胀土直剪试验,确定了最佳水泥掺入比以及最佳养护龄期.在此基础上,进行了干湿循环条件下膨胀土和水泥改性膨胀土的胀缩变形试验和直剪试验.试验结果表明:膨胀土的胀缩变形过程并不完全可逆,随干湿循环次数的增多,抗剪强度逐渐减小,绝对胀缩率逐渐增大,并最终趋于稳定;水泥改性后的膨胀土抗剪强度明显提高,水稳性显著提升,胀缩性明显减弱;经水泥改性后,膨胀土受干湿循环作用的影响显著减小.     

水泥稳定路基土力学特性研究

为探究稳定固化路基土的强度受水泥掺量和围压的影响程度,通过室内无侧限抗压强度试验与三轴压缩试验,得到水泥稳定路基土的单轴抗压强度、黏聚力、内摩擦角等力学参数和各因素对水泥稳定路基土力学性质变化规律的影响。采用回归分析法研究了无侧限抗压强度和稳定剂的相关性,给出了抗压强度与水泥掺量的拟合公式用于预测水泥的合理掺量范围。结果表明:水泥稳定路基土在一定水泥掺量范围内,随水泥掺量的增加,无侧限抗压强度、剪切应力、残余强度均增大,黏聚力先显著增大后略微下降,内摩擦角上下略微波动;剪切峰值应力与残余强度随围压增大显著增大。