市政污泥真空预压模型试验研究

《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》[1]执行前,市政污泥往往直接倾倒于填埋场形成污泥库,导致垃圾设计库容显著降低。为恢复填埋场库容,许多填埋场面临污泥库的原位加固处理。通过2组模型试验,探讨真空预压处理污泥的可行性。试验结果表明,真空预压后污泥含水率显著降低,强度提高至2~4 kPa;污泥排水固结系数随预压过程发展表现出非线性;排水板周围污泥含水率和渗透系数降低明显,阻碍离排水板较远处污泥排水固结,因此减少排水板间距可显著提高污泥处理效果;真空预压过程中污泥中孔压变化规律与常规淤泥质土有明显区别,特别是远离排水板的位置孔压消散幅度小,表明污泥中孔压消散规律不符合传统的太沙基固结理论;污泥真空预压过程中,间歇式通正气压会在处理初期阶段加快排水速率,但整体改善作用不明显;真空预压可作为污泥减量化的一种途径,如要满足后续堆载垃圾的要求,还需配合其他原位处理方法进一步提高强度。     

上海重塑粘性土的直剪特性研究

上海地区浅层广泛分布的淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土和粘土具孔隙比大、含水量高、压缩性大、强度低等特点,容易对工程造成严重不良影响。对这三种土重塑样的直剪特性进行了系统研究,试验方法包括固结快剪和固结慢剪,剪切过程中量测剪切位移和竖向压缩量,剪切结束后量测了破坏面上的土样含水率。结果显示,固结慢剪试验中土样均硬化,剪切位移达6mm时仍未破坏;而固结快剪试验中,除粉质粘土外另两类土在0.2mm的位移下就达到剪切强度。通过试验得到了剪切应力与剪切位移关系、剪缩变形量和抗剪强度参数等。结合试验结果,对粉质粘土与粘土的不同结构导致直剪特性的差异进行了分析讨论。可为上海重塑土的结构及力学特性研究提供依据和借鉴。     

纤维加筋市政污泥剪切强度试验研究

随着社会经济的快速发展,市政污泥产量逐年攀升,其安全处置对改善城市生态环境和经济可持续发展具有重要意 义。污泥由于含水率高,颗粒细小,粘滞性强,且富含有机质,因而存在机械脱水效率低和抗剪强度低等问题,填埋时容 易造成填埋场堆体发生侧滑、失稳等事故。纤维加筋是近些年发展起来的一种土质改良技术,为了研究该技术对污泥剪切 强度特性的影响,在不同固结压力下（50,100,200和400 kPa） 对纤维加筋污泥进行了一系列剪切试验,分析了纤维掺量 （0,0.05%,0.1%,0.2%,0.4%和0.8%） 对固结后污泥含水率、干密度及剪切强度的影响。结果表明：在不同固结压力 下,污泥排水固结后的含水率均随着纤维掺量的增加呈先减少后增加的趋势,而干密度则是先增加后减小,试验确定纤维 最优掺量为0.1%;污泥排水固结后的剪切强度则随着纤维掺量的增加而增加,纤维加筋作用对污泥的剪切强度提升效果十 分明显,100 kPa下加筋效果最显著;纤维加筋污泥的黏聚力和内摩擦角随纤维掺量的增加而增加,当纤维掺量超过0.4% 后,黏聚力增幅有放缓趋势,而内摩擦角的增幅则有加大趋势;在剪切破坏过程后期,随纤维掺量增加,应变硬化趋势更 为显著。     

固化淤泥压缩特性的试验研究

淤泥固化技术在国内已经进入到工程应用阶段,明确固化淤泥的压缩特性对于指导淤泥固化工程的设计具有重要意义。通过单因素试验方案对不同初始含水率、不同水泥添加量、不同养护龄期的固化淤泥的压缩特性进行了研究。结果发现,固化淤泥压缩特性的最大特点是存在固结屈服应力,当荷载小于固结屈服应力时固化淤泥的压缩性非常小,而固化淤泥屈服之后的压缩性是屈服前压缩性的20倍以上,并且远大于未处理淤泥的压缩特性。淤泥本身是高压缩性的土,固化处理以后变为中等压缩性和低压缩性的土体。固化淤泥的固结屈服应力随水泥量增加线性增大,龄期越长、含水率越低固结屈服应力越大。固化淤泥的这种在固结屈服应力处发生突变的压缩特性和天然沉积结构性土类似,可以用双对数压缩模式来表示固化淤泥的这种压缩特性。     

纤维加筋市政污泥固结特性试验研究

城市内河环境整治及清淤过程中往往产生大量污泥, 安全高效处理和处置这类市政污泥并实现资源化利用对改善城市生态环境和经济可持续发展具有重要意义。污泥具有高含水率、高孔隙比和高压缩性等特点, 由于其含有较多有机质和细颗粒, 一般难以通过机械脱水达到减容的目的。因此, 提高污泥的脱水速率和改善其固结特性是实现污泥安全处置及资源化利用的首要任务, 也是目前该课题的研究难点。本文提出了一种离散短丝纤维加筋技术, 为了研究该技术对污泥固结特性的影响, 对不同纤维掺量(0, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.4%和0.8%)的污泥进行了一系列固结压缩试验, 分析了固结过程中纤维掺量对固结系数和渗透系数的影响。结果表明:在相同的荷载条件下, 随着纤维掺量的增加, 试样的压缩量、孔隙比变化显著增加, 固结时间和压缩系数相对减小, 且当纤维掺入量为0.1%时变化最显著, 为最优掺量。此外, 研究结果表明, 纤维的掺入增大了污泥的固结系数和渗透系数, 固结效率和固结效果得到明显改善。     

黄河冲积平原低液限土的工程特性研究

依托济南—乐陵高速公路路基勘察项目,依据试样的室内土工试验成果,应用回归分析方法,建立了黄河冲积平原低液限土的含水率与土的密度、孔隙比和压缩系数及土的塑性指标等相关经验公式;对区内赋存的低液限粉质黏土,通过与其他相近密实度的土,在抗剪强度及单向固结条件下固结特性的比较分析,指出该区域此类土质具有所谓的"高密度、低强度、中(偏高)压缩性"的工程特性。     

预固结对长江漫滩相软土抗剪强度的影响研究

固结快剪试验是获取软土固结不排水抗剪强度的重要方法,长江漫滩相软土具有压缩性高、孔隙比大、含水率高、渗透率低、固结时间长等特点,严重影响了软土固结快剪试验的生产效率。为研究预固结对长江漫滩相软土抗剪强度的影响,并探索提高漫滩相软土固结快剪试验效率的方法,以南京长江漫滩相软土为研究对象,制定了预固结–卸载剪切、正常固结剪切、预固结–卸载–再固结剪切3种试验方案,开展了一系列固结和剪切试验。试验研究表明：长江漫滩相软土是一种前期固结迅速,后期固结稳定缓慢的软土;固结25 min时固结度可以达到95%,而完全固结稳定需要5～8 h;软土抗剪强度均随固结度U的增加呈增大趋势,其增长速度逐渐减缓,各荷载条件下抗剪强度随U提高的增长幅度基本相同;当固结度为70%～80%时,其抗剪强度达到完全固结时的90%～95%。研究成果可为软土固结快剪试验的方法改进提供参考。     

吉林敦化地区草炭土的工程性质

我国广泛分布着一种褐黑色、结构松软、高含水量、高压缩性、高有机质含量 ,抗剪强度高于一般淤泥软土的一种工程地质性质特殊的草炭土。选取吉林敦化地区的草炭土 ,通过野外调查 ,分析了草炭土形成的地形地貌特征及野外特征 ;通过室内物理、力学、化学试验研究 ,对草炭土的成分结构、物理力学、化学性质、地层形成年代等进行了系统分析。     

含水率和离子浓度对滑带土抗剪强度的影响

滑坡地下水环境的变化对滑带土的强度和变形参数有着极大的影响,并影响滑坡的稳定性。三峡库区受到库水位升降及降雨入渗的影响,使得发育于该地区滑坡的滑带土含水率及离子浓度一直处于不断的变化中。以重庆万州区兴福寺滑坡为例,针对滑带土重塑样,采用X射线衍射分析了其矿物成分,然后进行了不同含水率下固结排水直剪试验、不同SO_4~(2-)离子浓度下滑带土的固结排水慢剪试验以及不同SO_4~(2-)离子浓度下滑带土直剪反复剪切试验。试验结果表明:滑带土成分以黏土矿物、石英、钠长石等为主,其中黏土矿物以伊蒙混层、伊利石为主;含水率对滑带土抗剪强度指标的影响较为明显,具体为黏聚力随含水率的增大而增大,内摩擦角随含水率的增大而减小;SO_4~(2-)离子浓度对滑带土抗剪强度指标的影响也较为显著,随着SO_4~(2-)离子浓度的增大,黏聚力与内摩擦角均减小;滑带土经过反复剪切后,残余强度、黏聚力和内摩擦角均随着SO_4~(2-)离子浓度的增大而减小。     

台州滨海软黏土强度特性室内外联合标定

我国滨海地区广泛分布有低强度、高压缩性软黏土,其工程特性评价对工程建设影响极大。孔压静力触探（CPTU）对土体扰动小,是目前最常用的原位测试方法之一。但是CPTU测试成果需要通过解译才可实现对土体力学特性的评价,不同地区存在地区特异性。针对台州滨海地区深厚软黏土场地,开展了孔压静力触探试验和室内试验,系统地研究了台州滨海软黏土的强度特征。基于重塑台州软黏土固结快剪试验,得到了台州软黏土的归一化强度与超固结比（OCR）的关系式,其应力历史及归一化土工程特性（SHANSEP）法经验系数a为0.226,经验系数b为0.761;标定得到了台州软黏土的CPTU触探因子Nkt的范围为10.23～16.88,总平均值为14.08;基于SHANSEP公式和Nkt法解译得到的土体不排水抗剪强度su,获取了台州软黏土的原位超固结比OCR连续剖面;并标定得到了不同地层的OCR解译经验系数k的范围为0.315～0.570,建议采用k=0.33对台州软黏土超固结比OCR进行解译。     

渗滤液浸泡对深度脱水污泥强度和渗透性能的影响

为探讨深度脱水污泥作为垃圾填埋场覆盖材料在湿润气候区的服役性能,将杭州主城区污水处理厂处理后的深度脱水污泥分别在蒸馏水、渗滤液中浸泡一个月和两个月,测试其强度和渗透特性的变化规律,并与填埋场覆盖层常用的黏性土进行了对比。试验结果表明,相对于一般污泥,深度脱水污泥的无侧限抗压强度较高,但在渗滤液和蒸馏水中浸泡两个月后分别降低5.4%和18.9%。在蒸馏水和渗滤液中浸泡两个月的深度脱水污泥黏聚力有所降低,而有效内摩擦角提高约7.5°;在浸泡水和渗滤液后,脱水污泥的渗透系数提高约3～5倍。该深度脱水污泥应用于填埋场覆盖材料时,其强度达到城镇污水处理厂污泥填埋控制要求。     

Geotechnical properties of municipal sewage sludge

The geotechnical properties of municipal sewage sludge, in particular those pertinent to the handling and landfilling of the material, are presented. Index, drying, compaction, shear strength and consolidation tests were conducted on the material at different states of biodegradation. The organic content and specific gravity of solids were found to be inversely related, with typical organic contents of 50–70% and specific gravity of solids values of 1.55–1.80. The density of the compacted material was low in comparison with mineral soils. Standard Proctor compaction yielded a maximum dry density of 0.56 tonne/m³ at 85% water content. Laboratory vane-shear and triaxial compression tests indicated that, below about 180% water content, the shear strength of the sludge material increased exponentially with reducing water content. Consolidated-undrained triaxial compression tests on the pasteurised sludge material indicated an effective angle of shearing resistance of 32° for the moderately degraded material and 37° for the strongly degraded material. Biogas was produced at rates of up to 0.33 L/day/kg slurry due to ongoing biodegradation and the resulting pore pressure response must be taken into account in any stress analysis. Consolidation tests using the hydraulic consolidation cell, oedometer and triaxial apparatus indicated that the sludge material was highly compressible although practically impermeable, for example the coefficient of permeability for the moderately degraded slurry was of the order of 10⁻⁹m/s. However, creep deformation was significant with typical coefficient of secondary compression values of 0.02–0.08 for the compacted material. A more free-draining material was produced at higher states of biodegradation.     

基于变固结系数的静压桩周土体力学特性研究

以静压沉桩后桩周土体的应力状态为初始条件,根据桩周土体孔隙比、渗透系数和有效应力之间的相关性,在考虑固结系数随固结时间变化的条件下改进了轴对称条件下的太沙基固结控制方程。随后,采用分离变量法和离散化分析推导得出了桩周超孔隙水压力消散的半解析半数值解,并将解答与实测数据进行对比验证。在此基础上,采用空间滑动面理论改进的修正剑桥模型（SMP-MCC）定义土体三维不排水抗剪强度,研究了静压桩周土体强度、剪切模量随固结时间的变化规律。研究结果表明：由于解答考虑了固结系数随固结时间的变化,因而与实测结果吻合良好;土体压缩指数与渗透指数之比对土体固结系数和孔压消散速率影响较大;当土体压缩指数与渗透指数之比为1时,土体固结系数保持不变,解答退化为经典的太沙基轴对称固结方程;土体强度和剪切模量随固结时间的增长而逐步增加,固结完成后其值超越了土体原位强度和原位剪切模量。     

Strength Behavior of Shanghai Clayey Soil Reinforced with Wheat Straw Fibers

It is generally recognized that the low strength and high compressibility are the characteristics of soft soil. In addition to other techniques, reinforcement can also be used in increasing the strength and decreasing the deformation of this kind of soil. The results of an investigation into the effects of a natural fiber on the consolidation and shear strength behavior of Shanghai clayey soil reinforced with wheat straw fibers are presented in this paper. A series of one dimensional consolidation and triaxial tests were conducted on samples of unreinforced and reinforced Shanghai clayey soil with different percentages of randomly distributed wheat straw fibers. The results show that the preconsolidation pressure decreases and the coefficient of swelling and compression generally increase with increasing the fiber content until a optimum content value. Furthermore, the addition of wheat straw fiber leads to a significant increase in shear strength and friction angle of the natural soil and there is an optimum wheat fiber content that makes this increase maximal.     

污泥掺入生活垃圾后的力学特性试验研究

填埋是污泥消化处置的方法之一,由于污泥的工程特性较特殊,填埋会引发很多环境岩土工程问题。考虑到填埋工程会进行分层碾压铺填,在标准击实试验的击实功下制备试样,通过污泥与垃圾土混合后的直接剪切试验、渗透特性试验,考虑淋滤液和降解产气压力共同影响,进行边坡稳定分析。结果表明：污泥和垃圾混合后的强度比垃圾土的强度低,比污泥的强度高,改善了污泥的强度特性;污泥掺入垃圾后的渗透系数与垃圾土的渗透系数相当,没有劣化垃圾土的渗透特性,但比污泥的渗透系数有显著提高;随着污泥掺量的增加,边坡安全系数会先提高后降低,因此,应结合试验和稳定计算结果,确定实际工程的污泥掺入比;考虑降解产气对边坡稳定的影响,安全系数会降低约15%～20%。     

广州饱和软土固结过程微孔隙变化的试验分析

软土的孔隙特征及其变化规律对软土的压缩性和渗透性有重大的影响,软土孔隙特征随荷载变化规律的试验研究为揭示软土排水固结过程与变形规律,建立基于孔隙压缩规律和渗流机制的排水固结模型提供有力依据。利用美国全自动压汞仪,对不同压力下固结的广州番禺淤泥土样的孔隙及其尺度分布进行测试,根据测试结果对土样孔隙尺度分布特征及其随固结压力的变化规律给出了定量分析。试验结果表明：淤泥土中介于0.4～2.5 μm范围的颗粒间及团粒内的小孔隙所占比例最大,而大于10 μm的大孔隙和小于30 nm的超微孔隙所占比例均很小;较大的孔隙更易于被压缩而湮灭或被分裂成微小孔隙;固结压力将显著改变淤泥土的孔隙尺度及其分布特征,以致改变土体的压缩性和渗透性。在固结前期( 200 kPa)孔隙尺度较大,压缩系数和渗透系数较大并随固结压力增加而快速减小;在固结后期( 200 kPa)孔隙尺度小,压缩系数和渗透系数小,且随固结压力增加的变化趋于平缓。     

Experimental investigation on shear strength and permeability of a deeply dewatered sewage sludge for use in landfill covers

This paper presents an experimental study on a deeply dewatered sewage sludge produced by using a new technique of membrane filter press. The experiments involve measurements of sludge composition, basic physical properties, shear strength, water permeability, and leaching toxicity. The measurements of shear strength and permeability were also performed on the sludge specimens soaked in a low acid leachate or distilled water for 1 and 2 months. This is to investigate the influence of chemical change in pore fluid as a result of rainfall infiltration or leachate seepage at landfills. Comparison tests were also carried out on silty clay that is commonly used for landfill cover material. The experimental results show that the deeply dewatered sludge contains 66 % organic content and 85 % water content (dry mass basis). The undrained shear strength of the sludge is >25 kPa even after 2-month soaking in the leachate and distilled water, meeting the requirement of the Chinese standard [CJ/T249-2007, Disposal of sludge from municipal wastewater treatment plant: sludge quality for co-landfilling. Ministry of Building and Construction, P.R. China (in Chinese), 2007]. The measured cohesion and friction angle for the sludge are >20 kPa and 22.3°, respectively. The soaking of sludge specimens in either leachate or distilled water resulted in an increase in frictional angle by several degrees. The water permeability for the sludge ranges from 0.68 × 10^?8 to 1.3 × 10^?8 cm/s, and permeability after 2-month soaking is less than the minimum requirement for the barrier layer of landfill covers (i.e., 1.0 × 10^?7 cm/s). The concentrations of heavy metals leaching from the dewatered sludge are lower than the limit values of leaching toxicity for the wastewater discharge standard of China. The experimental results indicate that deeply dewatered sludge can be used as an alternative material for the barrier layer of landfill covers.