湛江组结构性黏土物理力学特性对其触变性的影响

广泛分布于北部湾沿岸地区的湛江组结构性黏土具有强烈的触变性,产生的工程问题比较突出。为了研究湛江组结构性黏土的物理力学特性对其触变性的影响,对湛江组结构性黏土触变性进行了一系列的宏观试验研究,通过改变含水率、孔隙比及灵敏度得到重塑土在不同静置龄期的触变强度比率,建立3种物理力学特性分别作为变量下重塑土的触变强度比率与静置龄期的关系,分析湛江组结构性黏土含水率、孔隙比及灵敏度对其触变性强弱的影响。结果表明:(1)湛江组结构性黏土扰动后,随着静置龄期的增加,含水率对湛江组结构性黏土触变强度影响较大,且含水率越大,湛江组结构性黏土触变强度增长的幅度越大;触变强度比率增长的速率表现为前期增长快,后期增长慢。(2)湛江组结构性黏土扰动后,在前期,孔隙比的变化对湛江组结构性黏土触变强度影响不显著,在后期,随着孔隙比增大,湛江组结构性黏土触变强度增长的速率与幅度显著减小。(3)湛江组结构性黏土强度恢复情况与灵敏度有关,湛江组结构性黏土扰动后,随着静置龄期的增加,不同灵敏度重塑土黏聚力、内摩擦角、触变强度比率均增大,扰动后,在静置前期,其黏聚力、内摩擦角、触变强度比率均增长快,扰动后,其黏聚力、内摩擦角、触变强度比率增长慢。     

含水率对重塑淤泥不排水强度性质的影响

通过室内调配不同含水率的重塑淤泥,利用研制的室内微型高精度十字板剪切仪,研究了含水率对重塑淤泥重塑不排水强度的影响。该仪器的剪切强度分辨率为1 Pa,经试验验证,仪器测量结果的稳定性较好,但对强度越低的重塑淤泥试样其测量值的相对平均偏差越大。淤泥含水率对淤泥的不排水强度有显著影响,不排水强度均随含水率/液限的增大而减小,含水率/液限越大,不排水强度下降趋势越小。相同的含水率/液限时,不同种类的重塑淤泥的不排水强度比较接近。在双对数坐标中,不排水强度均随含水率/液限的增大而线性减小。由试验数据得出了不同种类重塑淤泥的不排水强度与含水率/液限之间的关系式,利用该关系式可以求得每一种重塑淤泥任意含水率下的不排水强度。文中的试验值大于洪振舜提出的关系式的计算值。当IL >2时,试验值与Locat和Leroueil提出的关系式的计算值基本吻合,当IL <2时,试验值大于Locat和Leroueil提出的关系式的计算值。     

堆场疏浚淤泥含水率分布规律调查研究

堆场淤泥的沉积、固结过程直接影响到后续淤泥的处理方法和经济成本。通过在南水北调东线白马湖现场使用绞吸式挖泥船疏挖白马湖底泥,吹淤进入堆场,研究了堆场内淤泥含水率随时间、沿程和堆场深度上的变化规律。结果表明,堆场内疏浚淤泥含水率随时间逐渐降低,随沿程逐渐升高,130 d后吹淤口处含水率降低到20%～50%之间;160 d后,距离吹淤口100 m距离吹淤口200 m处和处含水率维持在100%～150%和100%～170%之间;随深度逐渐降低,到40 cm深时,含水率降低减缓,维持在140%左右;疏浚泥中黏粒含量随着距离吹淤口距离的增大而增多,随着深度的加深而减小,疏浚泥的渗透系数随着距离吹淤口距离的增大而减小,随深度的加深而增大。     

湛江组结构性黏土触变性正交试验及其触变强度预测模型

触变性是分散体系流变学研究的一个热点,黏土的触变性是指黏土受扰动后强度降低,静置之后强度逐渐恢复的现象。为研究黏土的黏粒含量、含水率、孔隙比及灵敏度对黏土触变性的影响程度及规律,选取强、中、弱3种灵敏度的湛江组结构性黏土为研究对象,设计正交试验方案,开展不同养护时间的无侧限抗压强度试验。结果表明：触变强度随黏粒含量、含水率、孔隙比的增大而减小,存在幂函数关系,随灵敏度的增大而增大,存在对数关系,R2均大于0.95,具有良好的相关性;触变强度比率随黏粒含量、含水率、灵敏度的增大而增大,随孔隙比的增大而减小;对灵敏度相同的试样,影响因素对触变性作用强度为孔隙比>含水率>黏粒含量;采用最小二乘法开展多元回归拟合,建立了各因素与触变强度的多元回归预测模型。     

翠湖湿地软土触变性试验研究

利用自行研制的微型十字板剪切仪对翠湖湿地软土的触变性进行了试验研究。观测了湿地软土扰动后由不同静置时间引起的抗剪强度的变化,确定了扰动后湿地软土的抗剪强度恢复时间、恢复程度、灵敏度以及触变强度比率。对湿地软土的触变性进行了3个不同深度处的试验研究,得到了深度和静置时间对扰动后土体抗剪强度恢复的耦合影响。对湿地重塑土样进行了不同含水率的试验研究,得到了湿地软土含水率和抗剪强度的对应曲线。试验结果可为深入研究湿地软土工程力学性质提供依据,也可为沼泽湿地的合理开发利用提供参考。     

高含水率疏浚淤泥新型复合固化材料试验研究

基于传统水泥固化处理方法,提出了水泥-生石灰-高分子添加剂新型复合固化材料处理高含水率疏浚淤泥的新方法,以期快速降低淤泥含水率并提高固化淤泥的无侧限抗压强度,拓展水泥固化淤泥的含水率范围,达到高效廉价固化处理高含水率疏浚淤泥的目的。通过系列室内试验,探讨了该方法处理后高含水率淤泥的无侧限抗压强度变化规律以及各材料掺入比对强度的影响规律。研究结果表明,水泥掺入比低于7%的新型固化材料处理初始含水率2倍液限的高液限淤泥,早期强度大于0.5 MPa,28 d强度大于1 MPa;固化淤泥强度随龄期、水泥和生石灰掺入比的增大而增大;给出了考虑多因素多水平的无侧限抗压强度预测公式,预测值与实测值基本一致     

典型深海软黏土触变特性与微观结构探究

土的触变性是指在外力扰动作用下,其强度迅速降低,但在含水率和体积不变的静止条件下,随时间逐渐恢复的一种特殊现象,土的触变性对基础工程设计等至关重要。针对取自于我国南海各海域的典型深海软黏土,采用落锥法对其触变强度恢复特性进行测试,进一步通过扫描电镜方法结合数字图像处理技术对其触变过程中微观结构的演化进行量化分析。结果表明:我国南海各海域深海软黏土均能够表现出触变强度恢复的特性,但不同土样的触变性差异较大,这与土的基本物理性质有很大关系。触变过程中土体的微观结构发生显著变化,土体结构由分散逐渐趋向于絮凝。微结构单元体的粒度特征和角度特征均发生一定动态调整,随着触变时间的增加,较小粒度区间微结构单元体的比例逐渐减小,较大粒度区间的比例逐渐增大;而触变过程中微结构单元体的排列并未表现出明显的定向性。     

水玻璃-碱渣-矿渣固化高含水率淤泥的强度性质

利用工业固体废弃物碱渣和矿渣作为固化剂,水玻璃作为激发剂,对高含水率疏浚淤泥的强度性质进行试验研究,并通过X射线衍射测试探讨固化机理。研究表明,在对含水率为110%疏浚淤泥固化的正交试验中,碱渣、矿渣和水玻璃掺量越多固化土的无侧限抗压强度越大,影响3 d强度的因素主次关系为碱渣>水玻璃>矿渣,而7 d和28 d时变为水玻璃>碱渣>矿渣,水玻璃对28 d强度的影响显著。当水玻璃掺量一定而碱渣与矿渣总掺量相同时,碱渣对固化淤泥的作用强于矿渣。固化土中的水化产物包括钙矾石、水化氯铝酸钙、水钙沸石和水化硅酸钙等,其填充和胶结作用使淤泥强度得到提高。研究确定了满足一般填土工程要求的固化方案,为碱渣和矿渣作为高含水率淤泥固化剂的资源化利用提供理论依据和参数支持。     

武汉东湖淤泥早强固化试验研究

利用传统淤泥主固化材料水泥与辅助固化材料粉煤灰和石膏,通过组合配比对武汉东湖疏浚淤泥分别进行固化,基于无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验,确定不同材料组合及配比下淤泥固化强度和特点。试验研究表明：在疏浚淤泥固化过程中水泥占主导地位,对固化效果影响最为显著;粉煤灰起到的作用相当于降低了淤泥初始含水率,表现在固化淤泥早期强度的快速提高;石膏有利于固化淤泥早期强度的形成,其作用持续于整个淤泥固化过程。随着含水率的增大,单纯水泥固化淤泥试样的应力-应变关系曲线由应变软化逐渐过渡到应变硬化模式,围压对固化淤泥强度的影响程度也随着含水率的增大而逐渐减弱,辅助固化材料的添加使原单纯水泥固化淤泥的应变硬化型曲线变为应变软化模式。不同含水率东湖疏浚淤泥固化材料最佳配比为水泥掺入比20%,粉煤灰为3倍的水泥量,石膏为30%的水泥量,该研究成果有助于武汉东湖底泥的治理以及疏浚淤泥排放场地的地基处理和环境整治。     

疏浚淤泥流动固化处理与流动性试验研究

疏浚淤泥由于含水率高、强度低、渗透性低等特性,在工程上难以直接利用而往往作废弃处理,造成了资源的浪费和土地的占用。针对我国疏浚施工的特点,基于传统固化方法,提出了将高含水率疏浚淤泥进行流动固化处理,并进行了流动性试验研究。结果表明,固化淤泥拌合物的流动值与初始含水率及固化材料掺量之间均具有良好的线性关系,初始含水率2.5wL是能否进行流动固化处理的临界值。基于影响流动性的两个重要因素,即初始含水率和固化材料掺量,提出了广义水灰比的概念,建立了流动值的预测方法,并对预测公式进行了验证     

滇池固化淤泥重塑土的重塑时机及强度恢复特性试验

采用无侧限抗压强度试验和直剪试验,从单轴抗压强度、黏聚力、内摩擦角的角度探求了淤泥固化土重塑时导致的强度折减和重塑后土的强度恢复特性,并分析了重塑前养护龄期（T_前）、重塑后养护龄期（T_后）、水泥掺灰比（a_c）的影响。试验结果表明,重塑时机的选择对淤泥固化土的强度折减程度有显著的影响：T_前越长,破碎过程带来的强度折减越严重,且大致满足a_c越大、强度折减越严重的规律。从强度恢复特性来看：小水泥掺灰比的固化淤泥土经过T_后,其强度恢复较好;大掺灰比的重塑土其强度则较难恢复至固化土的水平,T_前越长,强度恢复越不利。从而得出了大掺灰比固化土宜早重塑,小掺灰比的重塑时间可适当延长的规律。     

两种粉质黏土的动、静强度特性对比研究

以京津高铁和杭州地铁沿线的两种典型粉质黏土为研究对象,并采用英国GDS多功能三轴仪完成了静、动力强度测试,研究了两种土的静力不排水抗剪强度和在交通荷载高振次循环下的动强度、临界动应力比、应变发展模式以及振后抗剪强度等方面的差异。对比发现,长期循环荷载作用下两种土的应变发展和振后强度均有很大不同。与京津地区粉质黏土相比,杭州地铁沿线土含水率高、孔隙比大、密度低、灵敏度高、强度低。两种原状土在小幅振动后土体强度略有增大,而随振幅增大,振后强度将低于未经历振动时的不排水强度值;而重塑土振后强度均低于静剪强度。     

Use of Reverse Extrusion Method to Determine Undrained Shear Strength

The unconfined compression test (UCT) is one of the most common tools to measure the undrained shear strength of fine-grained soils. Soft to very soft soils often pose problems such that the determination of failure load is unclear using this test. Similarly, fissured clays would endeavor failure along pre-existing planes of weakness. The reverse extrusion test (RET), a mechanical metallurgy tool, has been used recently in some soil mechanics applications. The scope of this investigation is to evaluate the potential of the RET as a substitute for the UCT. Sixty remolded soils and 75 natural soils were subjected to the RET and UCT. Remolded soils were tested on mixtures prepared at the plastic limit. It was found that the ratio of extrusion pressure at failure to the undrained shear strength is relatively consistent and concentrates around 14. The same ratio was found to be 15 for natural soils. The conclusion reached, upon a series of tests on both the remolded and natural soil samples, is that the RET better represents the undrained shear strength of soil than does the UCT, that the practical difficulties with UCT is eliminated by the RET, and the results may be improved by taking into account soil plasticity.     

生石灰对理化复合法处理淤泥浆效率的影响研究

改性淤泥固化土应用于填方工程既能弥补砂石填料供应短缺的困境,还能解决大宗疏浚淤泥的弃置难题。但当淤泥含水率超高（＞300%）时,纯水泥固化法处理效果极差,而采用絮凝调理联合化学固化的理化复合法可有效解决此类问题。鉴于生石灰具有絮凝和固化双重功效,采用生石灰替代部分水泥可能会进一步提高淤泥浆的理化复合法处理效率。通过十字板剪切试验研究了生石灰替代比对高含水率淤泥浆理化复合法处理效率的影响规律,并通过X射线衍射（XRD）和场发射扫描电镜（FESEM）试验从微观层面揭示了其固化机制。结果表明：生石灰对淤泥浆理化复合法处理效率会产生较大影响,且存在一个最优生石灰替代比,在最优替代比条件下生石灰能显著发挥絮凝和固化双重功效,并有效提高处理后淤泥的早期和晚期强度;从微观试验分析,最优替代比下处理后的淤泥样生成的CSH/CAH/CASH凝胶和钙矾石等水化产物数量最多,孔隙间隙也最小。因此,实际工程中运用理化复合法处理高含水率淤泥浆时,可采用生石灰替代部分水泥以提高处理效率。     

压缩过程中重塑黏土渗透系数的变化规律

重塑黏土渗透系数是岩土工程众多领域中的一个重要参数,分析其主要影响因素并提出简单实用的定量表达式有着重要的理论价值及工程应用前景。已有的渗透系数预测方法或者由于参数复杂,或者由于适用范围窄、精度低,不能很好地得到应用。收集了已有不同文献23组液限变化范围为40%～300%的重塑黏土的固结渗透试验数据,通过分析指出了土体压缩过程中当应变大于20%时渗透系数对数值与孔隙比成非线性指数关系而非线性关系,明确了已有渗透系数预测方法的主要缺陷。采用多元线性回归分析方法,揭示了影响黏土渗透系数的主要影响因素,提出了适用范围广、参数简单的渗透系数定量计算表达式。     

结构性黄土的双曲线强度公式及其破坏应力修正

抗剪和抗拉强度是结构性土体力学特性的两个方面。通过试验研究了结构性黄土原状土和重塑土的抗拉和抗剪强度。结合抗拉和抗剪强度的试验结果,建立了适用于结构性黄土的双曲线强度公式,进一步研究了相应的破坏应力的修正算法,并将应力比结构性参数引入到结构性黄土的双曲线强度公式中。研究结果表明,建立的结构性黄土双曲线强度可以克服在Mohr-Coulomb强度理论中夸大了的土体抗拉强度缺陷,可为结构性黄土地区的工程灾害评价提供更加切合实际的强度理论。