活性氧化镁−微生物固化黄土试验研究

以活性氧化镁和微生物共同作用固化的黄土试样为研究对象,通过含水率、无侧限抗压强度、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等试验,研究了活性氧化镁掺量、养护龄期和初始含水率对固化试样含水率、无侧限抗压强度、固化产物和微观结构等的影响。结果表明：固化试样含水率随氧化镁掺量增加和养护龄期增长而降低;无侧限抗压强度随活性氧化镁掺量（5%～20%）增加而增大,随龄期发展总体上不断增大,但当氧化镁掺量为10%和15%时,后期强度稍有降低;当氧化镁掺量为5%和10%时,无侧限抗压强度随初始含水率增加而减小,而当氧化镁掺量为15%和20%时,无侧限抗压强度随初始含水率增加先增大后减小。XRD和SEM结果显示,随着氧化镁掺量增加,水化后未进一步反应的氢氧化镁越多;反应生成的水合碳酸镁具有膨胀性和胶结性,对土颗粒间缝隙进行填充,并将土颗粒胶结在一起。     

活性MgO碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀性研究

既有研究表明,活性MgO固化土经CO2碳化几小时后其强度能达到甚至超过28 d的水泥固化土强度,碳化反应生成镁的碳酸化合物能有效降低固化土的含水率和孔隙率,提高土颗粒胶结能力。通过室内试验进一步研究碳化固化土的抗硫酸盐侵蚀特性。采用硫酸钠溶液、硫酸镁溶液浸泡碳化固化土,对浸泡不同龄期后的碳化固化土进行无侧限抗压强度试验和微观测试（XRD,SEM和MIP）,并与硫酸盐侵蚀后的水泥固化土进行试验对比。结果表明：活性MgO固化粉土碳化3 h,试样的无侧限抗压强度可达5 MPa左右,经硫酸盐溶液浸泡28 d后其强度基本保持不变,试样质量变化也不大;而水泥土试样的早期强度（7 d）则有一定增长,随龄期增长,强度大大降低,质量则明显增长。通过对硫酸盐侵蚀前后的碳化土的微观机制分析,发现活性MgO碳化固化土中的镁碳酸化合物的化学成分并未发生明显变化,孔隙结构也未明显改变,从而保证其强度稳定。因此,活性MgO固化粉土碳化后具有比水泥固化土更强的抗硫酸盐侵蚀能力。     

淤泥质土的整体碳化固化模型试验研究

在已有氧化镁碳化固化软弱土试验研究的基础上,通过整体碳化固化技术进行了淤泥质土的室内模型试验。采用常宜高速公路现场河塘淤泥质土进行活性氧化镁的整体碳化试验,并对碳化处理土的温度、含水率和pH值进行测试,以分析氧化镁处理土的碳化反应程度;通过微型贯入试验和压缩试验以评价碳化固化土的承载力和压缩特性。结果表明,当淤泥质软土的初始含水率为35%时,MgO碳化后能取得良好的处理效果,土的状态由软塑全部变为硬塑,由微型贯入试验换算所得的允许承载力可达300 kPa以上;当初始含水率为46%时,二氧化碳的运移距离受到限制,整体碳化程度降低,承载力提高并不显著,仅达到可塑状态,而只有在通气孔附近以及土体表面等有限区域能得到有效加固;碳化法处理对淤泥土的压缩性有显著改善:即使只进行简单压实,也可以通过氧化镁碳化法使处理后土的压缩性降低。与其他淤泥质土处理方法对比,在施工要求低、排水不便的条件下可通过添加减水剂、细砂等辅助措施增大淤泥质土的透气性,使氧化镁碳化法处理淤泥土取得更好的处理效果。     

宁波地区人工冻土抗折特性研究

依托宁波地区甬舟铁路金塘海底隧道工程,针对隧道洞身范围的粉土和粉质黏土,在不同温度和不同含水率条件下进行冻土抗折强度试验,研究人工冻土抗折强度随温度和含水率变化的规律特征.结果表明:粉土和粉质黏土冻土抗折强度均随冻结温度的降低而增大,冻土抗折强度受冻结温度影响明显;不同含水率对粉土和粉质黏土抗折强度有一定影响,粉土试样...     

粉质黏土的真三轴试验及强度特性研究

为研究复杂应力路径下粉质黏土强度特性,利用TSW-40型土壤真三轴仪,开展了不同试验条件下粉质黏土的真三轴试验。研究了真三维应力状态下粉质黏土应力-应变曲线变化规律,探讨了含水率、固结围压和中主应力比等试验条件对粉质黏土强度的影响规律,对比分析了真三维应力状态下 平面上粉质黏土试验值与Mohr-Coulomb（简称M-C）强度准则和双剪强度准则的差异。研究结果表明：真三维应力状态下粉质黏土的广义剪应力-剪应变曲线主要表现为应变硬化型。粉质黏土强度随中主应力比和固结围压的增大而增大,随着含水率的增大而减小。 平面上粉质黏土的强度包络线随静水压力 的增大向外逐渐扩展,随含水率 的增大向内逐渐收缩。 平面上M-C强度极限线和双剪强度屈服极限线与试验值对比分析表明,M-C强度准则描述土体强度时结果偏小,采用双剪强度准则时结果偏大。     

循环荷载下人工结构性土变形与强度特性试验研究

针对长期动载作用下天然沉积结构性黏土地基强度和刚度循环软化问题,分别以水泥和食糖为模拟粒间胶结和大孔隙的材料,制备了不同胶结强度和初始孔隙比的人工结构性土,开展了人工结构性土与相应重塑土的动三轴试验,分析了土体胶结强度、初始孔隙比、围压和动应力幅值对累积变形和动强度的影响规律。试验结果表明：累积应变-振动次数曲线以临界循环应力为界分为：塑性安定型、临界型和破坏型;临界循环应力随胶结强度增大、初始孔隙比减小而增大;土体胶结强度越高,脆性破坏越明显,累积应变曲线转折点对应的应变越小。动强度的应变破坏标准采用转折点应变值更符合土性变化规律;动强度随胶结强度增大、初始孔隙比减小而增大;动黏聚力cd随破坏振次增大而降低,而动内摩擦角?d基本不变。试验结果可为软弱土地基动力灾变控制提供有益参考。     

孔隙溶液对粉质黏土界限含水率的影响

针对桂林地区的粉质黏土,运用液、塑限联合测定法探讨了不同孔隙溶液作用下土体的界限含水率,并利用扫描电镜（SEM）技术从微观层面分析了水化学环境变异下土体的水化学-力学耦合作用对结构特性造成的影响。试验结果表明,随着孔隙溶液浓度的增大,粉质黏土的界限含水率均减小,且在相同浓度下同价阳离子半径较小的水溶液使得粉质黏土界限含水率下降的较为明显,随着阳离子价位的增高,其下降的幅度更大;该现象的产生主要是由于离子浓度及离子价位的增大,使得扩散双电层的厚度减小,而双电层对于土体界限含水率存在直接的控制作用。除此以外,通过探测土体的微观结构发现,水化学-力学耦合作用使得粉质黏土颗粒间发生絮凝作用,致使土粒形成粒团,土颗粒间孔隙增大,架空孔隙变多。     

冻融条件下非饱和路基土的强度及微观特性研究

为探究非饱和路基粉质黏土在冻融条件下的强度及微观特性的影响,对路基非饱和粉质黏土进行了冻融循环试验、非饱和土直剪试验、氮吸附试验,结果表明：非饱和土强度随冻融循环的增加呈先减小后趋于稳定的趋势,冻结负温为-10℃黏聚力降低最明显,通过BET法求得试样经历不同外部条件影响后的比表面积值,根据氮吸附试验的等温线计算出非饱和路基土的分形维数,试验试样的比表面积与分形维数都随冻融循环次数的增加先增大后减小,冻融循环3次时达到最大值,随冻结负温的降低而降低。从微观的角度解释了非饱和路基粉质黏土经多次冻融循环后,基质吸力对非饱和土的黏聚力影响的原因。     

淋滤条件下GGBS-MgO固化铅污染黏土强度与溶出特性研究

以粒化高炉矿渣粉-氧化镁（GGBS-MgO）固化铅污染黏土为研究对象,通过半动态淋滤试验,对GGBS-MgO在酸雨作用下的强度特性及溶出特性进行研究。通过对GGBS-MgO固化铅污染黏土半动态淋滤后pH值、针刺深度、无侧限抗压强度及浸出液中[Pb]、[Ca]、[Mg]元素浓度的测试,分析淋滤液初始pH值、掺量以及含铅不含铅对GGBS-MgO固化土强度特性的影响,讨论了初始淋滤液pH值、固化剂掺量对GGBS-MgO固化铅污染土累积铅、钙、镁溶出质量以及铅有效扩散系数的影响规律。结果表明,半动态淋滤试验使试样无侧限抗压强度qu较标准养护39 d试样降低了2%～53%,且淋滤液初始pH=2对试样qu影响最大;在相同掺量、相同淋滤液初始pH值时,GGBS-MgO固化未污染土半动态淋滤后qu较水泥固化未污染土qu提高了12%～43%;且当固化剂掺量为18%时,固化铅污染土强度特性较水泥有明显优势,约为水泥固化铅污染土强度的1.3～1.8倍;且相同配比时,淋滤液初始pH=2表层的pH值约为pH=3、4、5、7的1/2;随着淋滤液初始pH值、半动态淋滤后qu及内部pH值的增加,针刺深度减小;针贯入阻力与qu存在幂指数关系。此外,累积铅、钙、镁溶出质量随着初始淋滤液pH值、固化剂掺量的增加而减少,在初始淋滤液pH=2时,Ai,Pb、Ai,Ca、Ai,Mg分别约为pH=3、4、5和7的29～222倍、1.7～4.4倍和12.0～80.3倍;固化剂掺量为12%时的累积溶出质量约是18%掺量时的1.1～2.0倍;铅有效扩散系数De随着初始淋滤液pH值的增加而降低,初始淋滤液pH=2时的De比pH=3～7的De高约3～5个数量级;且低于水泥固化铅污染土De,当初始淋滤液pH=7时,GGBS-MgO固化土De相比于水泥固化土低1～2个数量级。     

碱激发材料固化低液限粉黏土路用性能及抗冻融特性研究

以伊犁地区S315线蜂场至尼勒克段低液限粉黏土为研究对象,以碱激发材料为固化剂,对粉质黏土和其固化土开展了路用性能指标试验与冻融循环试验,并利用电镜扫描试验(SEM)与X射线衍射试验(XRD)研究了固化土的微观特征,探讨了碱激发材料对粉质黏土路用性能指标与抗冻融特性的影响.试验结果表明,固化土的无侧限抗压强度与抗剪强度...     

武汉东湖淤泥碳化-固化试验研究

引入活性MgO-粉煤灰固化材料,采用碳化-固化联合技术处理武汉东湖疏浚淤泥,通过无侧限抗压强度、扫描电镜和压汞试验,研究加压碳化模式、碳化时间、MgO-粉煤灰配比和固化剂掺量等因素下CO2碳化作用对固化淤泥力学性质和微观结构的影响。结果表明：活性MgO-粉煤灰固化淤泥碳化后抗压强度进一步增长,应力-应变关系曲线压密阶段应变缩小;不同固化剂配比的东湖淤泥试样具有不同的最佳加压模式,而加压模式决定了相同碳化时间下固化淤泥CO2吸入量,从而影响碳化-固化淤泥试样抗压强度;活性MgO掺量低时试样抗压强度整体较低,强度随碳化时间增加先增大后减小;MgO掺量较高时,碳化试样强度随碳化时间快速达到较高值,随后增长缓慢。微观分析表明：水碳镁石、球碳镁石和碳酸镁石等镁碳酸盐是碳化-固化联合技术增强淤泥强度的主要原因,其膨胀性和胶结作用促使土体中团粒内孔隙向颗粒间孔隙转化,土体更密实,抗压强度增加。     

石灰稳定红黏土强度的长期碳化效应

碳化效应是石灰稳定土强度增长机理之一,但长期的碳化作用是否对其强度一直起促进作用？如果没有压实作用,碳化效果到底如何？这些关键问题还没有得到充分的论证。采用灰土拌和后击实养护和养护后再击实的不同制样方法,通过承载比CBR试验,探讨压实作用对碳化效应的影响。制备4种初始含水率的击实试样,开展碳酸溶液和纯水浸泡下的CBR试验,论证长期碳化对石灰稳定土强度的作用效果。结果表明,自然养护90 d后再击实试样的CBR值明显低于击实后养护的试样;初始含水率为34%时前者约为后者的12倍。另外,碳酸溶液浸泡15 d后的试样CBR值均小于纯水浸泡的试样CBR值,但初始含水率越大其影响程度越小,当初始含水率大于34%后两者之间的强度基本没有差别。为进一步佐证长期碳化作用能弱化石灰稳定土的强度,开展不同浸泡时间的无侧限抗压强度试验,发现石灰土的强度呈现先增大后减少的变化趋势,再次证实长期的碳化作用弱化石灰稳定土的强度。最后,利用热重分析法测试经过碳酸溶液浸泡前后的石灰稳定土,发现长期碳化溶解了部分石灰土中的碳酸钙和硅酸盐类胶结物。借助扫描电镜图片和孔隙尺寸分布曲线,从微观角度揭示不同击实和养护方式对石灰稳定土强度的影响机制。     

初始含水率对冻结粉质黏土变形和强度的影响规律研究

冻土的变形和强度受温度、水分及压力的影响甚为显著。通过对-6 ℃的冻结粉质黏土在初始含水率为12.5%～20%范围内进行一系列的三轴试验,分析初始含水状态对冻土变形和强度的影响规律。研究发现,当初始含水率较低时,随着围压的增大,冻结粉质黏土相继出现应变软化和应变硬化特征;当初始含水率大于16%时,其应力-应变关系主要呈现出应变软化特征;随着初始含水率的增大,初始切线模量随围压从线性缓慢增大逐渐过渡为抛物线形的分布。同时,根据包络线定理,建立非线性摩尔-库仑强度准则,用以描述初始含水率为12.5%、14%和16%的冻结粉质黏土强度随围压变化的非线性;当初始含水率为18%和20%时,其强度可用线性摩尔-库仑强度准则描述。     

水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透特性试验研究

水泥稳定粉砂土抗渗性能受粉砂土自身渗透性能、水泥用量、水灰比等因素影响显著,如何在提升其抗渗性能的同时降低水泥用量是提升工程经济效益的关键。通过开展不同水泥偏高岭土掺比、初始用水量、水泥偏高岭土总掺量以及养护龄期条件下的室内渗透试验,研究了上述因素对水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能的影响规律,探讨了上述因素及无侧限抗压强度与渗透系数之间的经验关系。结果表明：水泥与偏高岭土掺比为5:1时,水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能最佳,且该掺比不随水泥偏高岭土总掺量的改变而变化;水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数随初始用水量增加呈非线性递增,随水泥偏高岭土总掺量增加和养护龄期发展呈先快后慢降低;基于试验结果归纳提出了4个关于初始用水量、水泥偏高岭土总掺量、养护龄期和无侧限抗压强度的水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数经验模型。研究成果可为水泥稳定粉砂土抗渗性能提升提供理论参考与借鉴。     

基于以气驱水技术的含水地层灌浆改性试验研究

当对含水地层进行灌浆改性时,通常会受到土体孔隙中自由水的不利影响。为此,考虑将以气驱水技术应用于含水地层化学灌浆中,以提高改性效果。对饱和黏土与粉质砂土开展以气驱水可行性试验,结果显示在饱和粉质砂土中充气驱替孔隙中自由水具有较好的可行性,在饱和黏土中则难以顺利进行。这是因为土体内部孔隙大小会直接影响初始进气值Pc,同时充气压力亦不能超过极限压力Pmax,否则土体内部会发生劈裂破坏,形成大范围空气通道;研制含水地层以气驱水化学灌浆模拟装置,以粉质砂土为研究对象进行对比试验,试验结果显示在以气驱水技术的辅助下进行化学灌浆可更加显著地改善原有土体的渗透性、无侧限抗压强度与微观结构,电子显微镜扫描也显示出相似结果,这是因为通过充气能够在含水地层中产生空气隔幕,为浆液提供良好的灌注、凝硬环境。     

ISS加固红色黏土的孔隙分布试验研究

武汉市汉阳区存在着大量由冲洪积所形成的网纹状红色黏土,它遇水膨胀、软化,失水收缩、开裂。为了减小红色黏土不良性质对土路、公路路基和防渗工程造成的危害,采用离子土壤固化剂（ISS）对红色黏土进行处理。对经ISS处理前后的红色黏土,调成液限状态,进行液氮冷冻真空升华干燥,分析比表面及孔隙分布,观察微结构并统计裂隙。试验结果表明：经ISS处理后,红色黏土的结合水膜减薄,土粒之间的吸引力增强,从而使红色黏土的相对密度增大。减薄结合水膜的土颗粒在ISS连接力作用下,使红色黏土团聚结构和堆叠结构更加紧密,比表面积减小、累积孔隙体积和平均孔直径减小,从而提高了红色黏土的无侧限抗压强度和抗剪强度。