植物纤维加筋固化土抗压强度和渗透试验研究

为了研究椰丝纤维和双聚高分子材料加固粉砂土的效果和机制,本文采用正交试验方法,通过掺加双聚高分子材料和椰丝纤维,针对影响加筋固化土的力学性能和渗透性的因素（椰丝纤维掺量、椰丝纤维长度和双聚材料掺量）,进行无侧限抗压强度试验和渗透试验等分析研究。研究结果表明:在粉砂土中添加双聚材料固化剂和椰丝纤维,提高了土体的无侧限抗压强度和降低了土体的渗透性。椰丝纤维含量和双聚材料掺量对试样的无侧限抗压强度影响非常显著,椰丝纤维长度对试样无侧限抗压强度的影响显著。椰丝纤维含量和双聚材料掺量对试样渗透系数的影响显著,椰丝纤维长度对渗透系数的影响不显著。当纤维掺量为0.9%,双聚材料掺量为0.375%时,试样的无侧限抗压强度最大。纤维掺量为0.9%,双聚材料掺量为0.325%时,试样的渗透系数最小。     

黄原胶及瓜尔胶改良尾矿砂强度特性及微观机制

为探究黄原胶及瓜尔胶对尾矿砂的改良效果及加固机理,通过无侧限抗压强度、扫描电镜及工业CT扫描试验研究不同含量的水溶性植物胶对尾矿砂的强度提升及其作用机理。试验结果表明：与未处理的尾矿砂相比,黄原胶与瓜尔胶的最优配比均为1%,抗压强度随养护龄期的增长而增长,28 d时黄原胶及瓜尔胶改良土的强度分别提升了266.84%和262.33%。微观试验表明：随着养护龄期的增长,土体中胶体演变发展形态为“小粒状-胶结状-包裹状”,内部裂缝及孔隙逐渐减少,尾矿砂的孔隙率为14.55%,而28 d黄原胶及瓜尔胶孔隙率分别为3.08%和3.26%。分析得到胶体聚合物的最优配合比、养护龄期对土体抗压强度、微观表面结构及内部裂缝孔隙的影响关系。     

玄武岩纤维加筋黏土数值模拟及机理研究

为研究玄武岩纤维加筋黏土的力学特性及纤维加筋机理,采用ABAQUS有限元软件构建了玄武岩纤维加筋黏土数值分析模型,同时基于Python语言对ABAQUS建模进行了二次开发,按纤维与干土质量的百分比0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%和0.60%,考虑了不同纤维长度和分布模式的影响,建立了一系列玄武岩纤维加筋黏土的无侧限抗压试验数值分析模型,并结合室内试验结果进行了对比验证,探讨了纤维加筋机理。结果表明:(1)采用筋土分离的方法,在ABAQUS中基于Python语言进行二次开发可实现纤维加筋土模型的简化建立,模拟结果与室内试验结果基本相符; (2)玄武岩纤维的掺入可以显著提高土体的无侧限抗压强度,并减少土体的侧向鼓胀变形量,纤维掺量、长度和分布模式对土体强度和侧向鼓胀变形量均具有一定影响; (3)纤维加筋机理与纤维在土体中的受力特征有关,通过对不同掺量、长度和分布模式的纤维在土体中受力特征的分析,可以解释其对土体力学特性的影响规律。     

人工合成类废布料纤维纱加筋黄土力学变形性质及抗溅蚀特性试验研究

纺织企业每年都产生大量的人工合成类废弃布料,处理不当会造成比较严重的环境污染。将废弃布料开松、分梳和切断后具有良好抗酸碱腐蚀性能的涤纶纤维纱按一定比率掺入素黄土中,形成纤维纱加筋黄土试样。用路面材料强度试验仪、真三轴试验仪、抗拉强度仪和土壤溅蚀设备对素黄土、单丝纤维加筋黄土和纤维纱加筋黄土试样进行相关测试。试验结果表明,随着纤维纱掺加比率的增加,无侧限抗压强度呈先增大后减小的变化趋势,最优纤维掺加比率,纤维纱加筋黄土及单丝纤维无侧限抗压强度均大于素黄土,在相同的纤维掺加比率、细度及长度条件下纤维纱加筋黄土无侧限抗压强度大于单丝纤维加筋黄土;纤维纱加筋黄土黏聚力c值大于单丝纤维加筋黄土及素黄土,内摩擦角ψ值与单丝纤维加筋黄土及素黄土比变化不明显;素黄土在抗拉强度测试中呈现脆性破坏特征,纤维纱的加筋黄土抗拉强度大于单丝纤维加筋黄土及素黄土,纤维纱加筋黄土破坏时拉应变大于单丝纤维加筋黄土;相同的时间节点纤维纱加筋黄土击溅后形成的坑洞孔深小于素黄土,同时溅蚀量较素黄土更少。     

人工合成类废布料纤维纱加筋黄土力学变形性质及抗溅蚀特性试验研究

纺织企业每年都产生大量的人工合成类废弃布料,处理不当会造成比较严重的环境污染。将废弃布料开松、分梳和切断后具有良好抗酸碱腐蚀性能的涤纶纤维纱按一定比率掺入素黄土中,形成纤维纱加筋黄土试样。用路面材料强度试验仪、真三轴试验仪、抗拉强度仪和土壤溅蚀设备对素黄土、单丝纤维加筋黄土和纤维纱加筋黄土试样进行相关测试。试验结果表明,随着纤维纱掺加比率的增加,无侧限抗压强度呈先增大后减小的变化趋势,最优纤维掺加比率,纤维纱加筋黄土及单丝纤维无侧限抗压强度均大于素黄土,在相同的纤维掺加比率、细度及长度条件下纤维纱加筋黄土无侧限抗压强度大于单丝纤维加筋黄土;纤维纱加筋黄土黏聚力c值大于单丝纤维加筋黄土及素黄土,内摩擦角φ值与单丝纤维加筋黄土及素黄土比变化不明显;素黄土在抗拉强度测试中呈现脆性破坏特征,纤维纱的加筋黄土抗拉强度大于单丝纤维加筋黄土及素黄土,纤维纱加筋黄土破坏时拉应变大于单丝纤维加筋黄土;相同的时间节点纤维纱加筋黄土击溅后形成的坑洞孔深小于素黄土,同时溅蚀量较素黄土更少。     

木质素加固黄土的工程性能试验研究

黄土的水稳性较差,遇水容易产生崩解破坏,可造成黄土地区建筑物失稳。采用无侧限抗压强度试验、湿化崩解试验、单轴拉伸试验、三轴压缩试验和渗透试验,对木质素磺酸盐固化黄土的工程性质进行试验研究,探讨木质素磺酸盐加固黄土的可行性。试验结果表明,木质素磺酸钙可以改善黄土的工程性能,而木质素磺酸钠则相反;随着木质素磺酸钙掺量的增加,固化土的抗压和抗拉强度先增加后降低;含水率越小,密度越大,则固化土的强度越大;随着养护龄期的增长,固化土的强度先增加,而后趋于稳定。黄土在掺入木质素磺酸钙后,黄土的崩解特性显著改善,在掺量为1.0%和养护龄期为7 d时,几乎不发生崩解。木质素磺酸钙掺入土体后,渗透性降低。研究表明,木质素磺酸钙可显著改善黄土的工程性能。在工程应用中,建议在黄土中掺加1.0%的木质素磺酸钙,养护7 d。结合扫描电子显微镜观察,进一步分析木质素磺酸钙对土体工程性能产生影响的作用机制。木质素磺酸钙加固黄土的机制主要在于胶结土颗粒与填充孔隙两部分。     

木质素磺酸盐对兰州黄土力学性质的影响

作为土壤改良的重要手段,化学加固利用化学材料与土体反应生成凝胶并胶结土粒达到固化目的。采用木质素磺酸盐进行黄土加固试验,开展界限含水率、导热系数试验、无侧限抗压强度试验、加卸载试验、应力松弛试验和X射线衍射等,研究了木质素磺酸盐固化黄土的物理性质和力学特征,从矿相角度探讨木质素磺酸盐的固化机制。结果表明,风干条件下木质素磺酸钠会造成黄土盐渍化,且对提高黄土强度没有显著的效果;木质素磺酸钙掺入黄土后,随着其掺量的增加,固化黄土的塑性指数和导热系数逐渐降低,强度明显增大,7 d龄期掺量为5%的木钙固化土无侧限抗压强度可以达到11.81 MPa,是素黄土的5.58倍;黄土的刚度在木质素磺酸钙的作用下显著提高,相同应变水平下所需能耗大幅度增加,同时其应力松弛程度也得到了改善。结合X射线衍射仪(XRD)测试结果,推测木质素磺酸钙能够与黄土中的黏土矿物反应,生成石英质和碳酸盐矿物,加强土粒间的硅质和钙质胶结,令土体结构更加密实,是值得深入研究的新型固化材料。     

黄土渗透和强度性能的改良优化

为探寻适用于黄土地区海绵城市建设的具有较高强度和防渗性能的路基换填材料,通过对掺入水泥、聚丙烯纤维、膨润土的黄土进行强度和渗透性试验,并基于正交试验和田口方法的信噪比分析,获得了改良黄土各掺量的最优配比方案。结果表明:水泥掺量对改良黄土的无侧限抗压强度影响最显著,聚丙烯纤维掺量和长度对其渗透系数影响最大;改良黄土各掺量的最优配比为聚丙烯纤维长度取12 mm、聚丙烯纤维掺量取0.3%、膨润土和水泥掺量分别取3%和8%;在3、7、14 d养护龄期下,最优配比改良黄土的强度和渗透性能均优于不同配比的石灰改良黄土。改良的黄土各掺量最优配比可为黄土地区海绵城市道路建设中的路基处理提供参考。      

玄武岩纤维黄土抗剪强度变化规律与最优配合比分析

基于正交试验设计,进行固结不排水三轴(CU)试验,对试验结果进行极差和方差分析。并在控制含水率、压实度不变的条件下,研究玄武岩纤维黄土抗剪强度指标随纤维掺量的变化规律。结果表明:含水率、压实度、玄武岩纤维掺量、围压都是抗剪强度的显著影响因子;方差分析得到的局部最优配合比为含水率11%,压实度0.95,玄武岩纤维掺量0.4%;通过对最优配合比作进一步研究发现,黏聚力随纤维掺量的增加先增大后减小,当纤维掺量在0.4%左右时,黏聚力最大;纤维掺量为0.2%时,内摩擦角明显减小,纤维掺量为0.8%时,内摩擦角发生了较为显著的升高;其余的相差都不大,内摩擦角和掺量呈现上凹形曲线,实际工程中应控制纤维掺量不少于0.2%。     

玄武岩纤维加筋黄土承载比试验研究

为研究纤维加筋黄土CBR值影响因素及纤维增强土体机理,以短切玄武岩纤维为筋材,通过改变土体含水率、纤维长度、纤维含量、击实次数、浸水时间等条件进行加州承载比试验,探究初始含水率、纤维参数及试验方法对加筋土局部抗剪强度的影响规律。结果表明:纤维加筋土CBR值随含水率的增加呈现先增大后减小的趋势,存在“施工最优含水率”且相比击实试验最优含水率高1%～3%左右;纤维加筋土CBR值高于黄土CBR值,确定纤维长度20 mm,纤维含量0.4%为最优配比;击实次数从30击增加到98击,黄土CBR值提高273%,纤维加入后CBR值提高327%,加筋作用使土体通过提高击实功来提升强度的效果更加显著;浸水对试样CBR值影响较大,浸水时间对试样CBR值影响较小,且纤维的加入使试样对浸水时间的敏感度进一步降低,加筋土浸水2 d后强度降低54%,浸水4 d后强度降低58%。     

黄土抗剪强度与耐崩解性能综合改良试验研究

为提高黄土高原治沟造地区挖填体力学特性与水稳定性,开展石灰、纳米二氧化硅、聚丙烯纤维和瓜尔豆胶改良黄土强度和崩解试验研究,对比分析其综合改良效果。结果表明:单一材料改良黄土性能仅在某一方面效果提升明显,如石灰和纳米二氧化硅显著提高黄土抗剪强度,提升幅度分别为36.3%~250.6% 与9.0%~99.7%;但在提升黄土耐崩解性能方面改良效果有限;2种材料仅延缓了黄土崩解时间,对最终崩解量无影响。聚丙烯纤维和瓜尔豆胶显著提升黄土的耐崩解性,如瓜尔豆胶可将黄土的崩解率降低至11.5%以下,而聚丙烯纤维改良黄土较素黄土的崩解率降低幅度为11.2%~51.9%;但2种改良材料提升黄土强度性能效果不佳,强度提高幅度仅为1.5%~22.9%和2.8%~15.6%。石灰混合聚丙烯纤维、纳米二氧化硅混合聚丙烯纤维2类复合改良材料既提高黄土耐崩解性、又能提高黄土抗剪强度,克服了单一改良材料对黄土强度与耐崩解性综合性能提高有限的短板,达到黄土综合性能提高的改良目的;其中9%石灰混合0.6%聚丙烯纤维、2%纳米二氧化硅混合0.6%聚丙烯纤维2种复合材料掺比改良效果最优,使改良黄土抗剪强度最高分别提高了109.8%和68.3%、崩解率分别降低了61.3%和49.8%。      

冻融作用下三类纤维加筋固化土的抗压抗拉性能

合成纤维、矿物纤维和植物纤维加筋土,增强了土的强度和抗变形性能。开展冻融作用下的无侧限抗压试验和劈裂抗拉试验,研究聚丙烯纤维、玄武岩纤维和棕榈纤维加筋石灰固化土的抗压和抗拉性能随冻融次数的变化规律。结果表明：未冻融和冻融环境下,聚丙烯纤维加筋固化土、玄武岩纤维加筋固化土和棕榈纤维加筋固化土的最优质量加筋率分别为0.2%、0.2%和0.4%。随冻融次数增加,三类纤维加筋固化土的抗压强度和抗拉强度均呈阶段性下降,纤维加筋固化土的破坏应变均大于石灰固化土。冻融作用下,聚丙烯纤维加筋固化土的抗压强度、抗拉强度和抗变形性能均优于另两类加筋固化土。纤维与土颗粒间的界面作用力和纤维对土的空间约束作用,增强了土的冻融耐久性。对比三类纤维加筋固化土的试验结果,聚丙烯纤维加筋固化土的抗冻融性能最优。     

黄原胶改性微米铁修复地下水中Cr(Ⅵ)污染的试验

为了解决微米铁的重力沉降问题,提高微米铁修复地下水Cr（Ⅵ）污染的原位修复效果,本文利用黄原胶对微米铁进行改性,并通过沉降实验探究改性微米铁浆液的稳定性,同时选择Cr（Ⅵ）作为目标污染物,探究黄原胶改性微米铁去除地下水Cr（Ⅵ）污染的降解能力。实验结果显示：当黄原胶的投加质量浓度分别为0.0、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、6.0 g/L时,改性微米铁浆液的悬浮稳定性逐渐得到加强,在5 h沉降实验结束时,对应的相对分光光度值分别为0.05、0.25、0.46、0.57、0.65、0.73和0.87;黄原胶具有抑制微米铁吸附Cr（Ⅵ）的能力,其可促进Cr（Ⅵ）的还原,提高Cr（Ⅵ）的去除率;随着黄原胶投加质量浓度的增加,对应的Cr（Ⅵ）去除率分别为33.4%、41.2%、47.4%、51.1%、53.0%、63.9%和64.1%;6.0 g/L黄原胶改性的微米铁浆液具有最佳的悬浮稳定性,黄原胶的投加提高了微米铁的反应活性,但当黄原胶投加质量浓度超过3.0 g/L时,其对Cr（Ⅵ）的去除率没有显著提高;黄原胶投加质量浓度越大,黄原胶的缓冲作用就越明显。     

Sustainable Improvement of Tropical Residual Soil Using an Environmentally Friendly Additive

Many tropical residual laterites have relatively poor engineering properties due to the significant percentage of fine-grained soil particles that they contain, which are formed by the soil weathering process. The widespread presence of laterite soils in tropical regions often requires that some form of soil improvement be performed to allow for their use in various civil engineering applications, such as for road base or subbase construction. One of the most commonly utilized stabilization techniques for laterite soils is the application of additives that chemically react with the minerals that are present in soil to enhance its overall strength; effective soil stabilization can allow for the use of site-specific soils, and can consequently result in significant cost savings for a given project. With an increasing focus on the use of more environmentally friendly and sustainable materials in the built and natural environments, there is an emerging interest in eco-friendly additives that are an alternative to traditional chemical stabilizers. The current study examines the viability of xanthan gum as an environmentally friendly stabilizer that can improve the engineering properties of tropical residual laterite soil. Unconfined compressive strength (UCS) tests, standard direct shear tests, Brunauer, Emmett, and Teller (N₂-BET) surface area analysis tests and field emission scanning electron microscopy (FESEM) tests were used to investigate the effectiveness of xanthan gum for stabilization of a tropical laterite soil. The UCS test results showed that addition of 1.5% xanthan gum by weight yielded optimum stabilization, increasing the unconfined compressive strength of the laterite soil noticeably. Similarly, direct shear testing of 1.5% xanthan gum stabilized laterite specimens showed increasing Mohr–Coulomb shear strength parameters with increases in curing time. From the FESEM results, it was observed that the stabilization process modified the pore-network morphology of the laterite soil, while also forming new white layers on the surface of the clay particles. Analysis of the test results indicated that xanthan gum stabilization was effective for use on a tropical residual laterite soil, providing an eco-friendly and sustainable alternative to traditional soil stabilization additives such as cement or lime.     

纤维水泥土力学性能的试验研究

为了解加入纤维对水泥土力学性能的影响,对素水泥土及纤维水泥土进行了无侧限抗压和疲劳试验。研究结果表明,添加纤维可小幅度提高水泥土的抗压强度;与素水泥土相比,纤维水泥土在达到应力峰值时的应变明显增大,破坏后的残余强度也有所提高;纤维的加入提高了水泥土的延性,减少了裂缝的开展,改善了其力学性能;添加纤维后水泥土抵抗疲劳的能力明显增强;掺入纤维对水泥土抗疲劳能力的提高程度远大于其对水泥土无侧限强度的提高程度;水泥土的应力水平和疲劳寿命之间具有单对数线性关系;在循环荷载作用下水泥土表现为低应力性破裂特征。     

Mechanical properties of lime-treated clay reinforced with different types of randomly distributed fibers

In this paper, a comparative experimental study was carried out to evaluate the effect of inclusion of different fiber types on strength of lime-stabilized clay. In this scope, a series of unconfined compressive strength tests were carried out on specimens including basalt and polypropylene fiber compacted under Standard Proctor effort (i.e., 35% by weight of soil). The effects of curing period (1, 7, 28, and 90 days), fiber type (basalt and polypropylene), fiber content (0, 0.25, 0.5, 0.75, 1%), fiber length (6, 12, and 19 mm), and lime content (0 and 9%) on strength properties were investigated. The results revealed that both basalt and polypropylene fibers increased the strength without inclusion of lime. For specimens including lime, strength of polypropylene fiber-reinforced specimens was remarkably higher than that reinforced with basalt fiber for lime-stabilized clay. However, greatest strength improvement was obtained by use of 0.75% basalt fiber of 19 mm length with 9% lime content after 90-day curing. Additionally, results of strength tests on specimens including 3 and 6% lime and 12-mm basalt fiber after 1, 7, 28, and 90-day curing were presented. It is evident that the use of 6-mm basalt fiber and 12-mm polypropylene fiber were the best options; however, efficiency of fiber inclusion is subject to change by varying lime contents. It was also observed that the secant modulus was increased by use of lime; however, strength of the correlations among secant modulus and unconfined compressive strength values was decreased by increasing amount of lime for specimens including both basalt and polypropylene fibers.     

高寒地区水镁石纤维早强型水泥稳定碎石的路用性能研究

为了提高水泥稳定类基层在高寒地区的适用性,提出在基层中复掺基层早强剂和水镁石矿物纤维使其达到早强抗裂作用,通过研究其抗压强度、劈裂强度、收缩特性以及抗冻性能,分析水镁石矿物纤维在水泥稳定碎石中的作用机理。试验结果表明：复掺基层早强剂和水镁石矿物纤维后,20℃养护条件下基层3 d抗压强度与劈裂强度分别为其28 d的85%和76%,-15℃低温养护条件下3 d抗压强度与劈裂强度分别为其28 d的69%和68%;抗收缩性能在加入水镁石纤维后有较大提高,纤维掺量为4%时,干缩系数与温缩系数比未掺时分别降低约92%和48%;抗冻性能也因掺入水镁石纤维而有所改善,纤维掺量为4%时基层28 d冻融残留抗压强度比（BDR）为0.96%。复掺水镁石纤维与基层早强剂,既能有效保证高寒地区水稳碎石的强度,又能避免基层在干燥气候中的收缩开裂和在低温、变温环境中的温缩开裂,其中水镁石纤维最佳掺量为4%。     

3种生物聚合物改良粉土的持水特性研究

针对黄河流域水土流失防治,以往多采用水泥等灰色材料进行加固筑堤,但生态环境破坏严重。为响应黄河流域生态保护和高质量发展的国家战略,采用环境友好的生物聚合物对黄河流域典型粉土进行改良,通过WP4C仪测量生物聚合物改良粉土的持水特性,并从微观角度分析了生物聚合物改良粉土持水特性的机制。研究结果表明,与未改良土相比,生物聚合物改良粉土饱和含水率增大,孔隙比增大,持水能力显著提高。黄原胶、结冷胶、瓜尔胶改良粉土的持水能力均随着掺量的增加而增加,结冷胶改良的效果优于黄原胶、瓜尔胶。其机制为生物聚合物颗粒经过水合作用形成水凝胶,填充颗粒间孔隙,增加颗粒之间的黏结性。而且黄原胶、结冷胶改良粉土中形成类似蜂巢结构的孔隙空间,为其提供储水空间,进而提高改良土的持水特性。上述研究结果可为生物聚合物安全、科学地应用于黄河流域水土流失的防治提供科学依据。     

冲击荷载下玄武岩纤维水泥土吸能及分形特征

为研究玄武岩纤维对水泥土冲击破坏过程中能量吸收及碎块块度分布特征的影响,采用Φ50 mm变截面霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置对不同玄武岩纤维掺量的水泥土进行了冲击压缩和动态劈裂试验,分析了冲击荷载作用下玄武岩纤维掺量与水泥土吸收能、破坏形态和分形维数 的关系,试验结果表明：随着玄武岩纤维掺量的增加,水泥土吸收能呈先增大后减小的趋势,超过最佳掺量后,由于纤维-纤维薄弱面的存在,水泥土吸收能减少;冲击破坏后水泥土破碎块度分布是具有统计意义上的分形,冲击压缩试验中水泥土破碎块度平均粒径随玄武岩纤维掺量的增加而不断增大,对应的 值总体上呈现不断减小的趋势;在动态劈裂试验中,玄武岩纤维掺量在0～2.0%范围内,水泥土破碎块度平均粒径呈现上升趋势, 值不断减小,玄武岩纤维掺量超过2.0%后,平均粒径有所降低,对应 值增大。玄武岩纤维水泥土吸收能和 值之间有着密切的联系,冲击压缩试验中,吸收能在分形维数为2.20～2.26范围内呈先增大后减小的趋势,而在动态劈裂试验中,吸收能在分形维数为1.85～2.20范围内总体呈现下降趋势,两者具有一定的负相关性;合适掺量的玄武岩纤维对水泥土动态特性起着积极作用,通过试验得出玄武岩纤维的合适掺量为1.5%～2.0%。