聚丙烯纤维加筋黄土抗侵蚀性能试验研究

以聚丙烯纤维加筋黄土在黄土边坡坡面防护中的应用推广为研究背景,探讨了聚丙烯纤维加筋黄土的抗侵蚀性能及坡面防护效果。基于室内试验,研究了纤维长度和纤维掺量对加筋黄土抗剪强度、抗崩解性和渗透系数的影响规律,并基于试验获得的加筋黄土最佳配合比,开展降雨冲刷模型试验。结果表明:聚丙烯纤维的掺入可有效提高黄土的抗剪强度和抗崩解性,随着纤维掺量的增加和长度的增长,加筋黄土的黏聚力和崩解速率均呈现出先减小后增大的变化趋势,当纤维长度为15mm、掺量为0.5%时,加筋土的抗剪强度和抗崩解性达到最优,相比于素黄土,加筋黄土的黏聚力提升了135.3%、崩解速率降低了91.7%;纤维的掺入提升了黄土的渗透系数,聚丙烯纤维加筋黄土的饱和渗透系数随着纤维掺量的增加而增大,随着纤维长度的增大而减小;聚丙烯纤维加筋黄土的坡面防护效果明显,当边坡坡比分别为1:1.5、1:1、1:0.75时,相比于无防护边坡,其冲刷速率分别降低了90%、90.4%和87.3%,累计冲刷量分别降低了85%、85.5%和83.6%。     

瓜尔豆胶固化黄土的工程特性及抗冲蚀试验研究

为了减少暴雨冲刷条件下黄土边坡侵蚀的发生,提出采用瓜尔豆胶固化黄土对边坡坡面进行防护。基于直剪试验、渗透试验以及模拟暴雨边坡冲刷试验,研究了瓜尔豆胶固化黄土的工程特性及抗冲蚀能力,并对比素黄土与固化黄土的微观结构,探讨了瓜尔豆胶对黄土的加固机制。试验结果表明：瓜尔豆胶可有效增强黄土的抗剪强度和抗渗透性,固化黄土的黏聚力...     

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。      

生石灰改良黄土的微观机制试验研究

为探究石灰掺量对黄土强度的影响规律及其微观机制,采用不同比例的生石灰对黄土进行改良。开展了直剪试验、压汞试验及扫描电镜测试,定性和定量分析素黄土及不同石灰掺量改良黄土的强度特性和微观结构变化规律,并对石灰改良黄土的微观机理进行较为深入的分析。结果表明:石灰改良黄土的抗剪强度参数随着石灰掺量的增大出现先增大再减小的变化规律,在石灰掺量约为8%时,其黏聚力和内摩擦角达到最大值;石灰的掺入使黄土骨架颗粒之间及其表面附着的胶结物逐渐增多,孔隙被胶结物质填充,土体中的不稳定孔隙逐渐减少,整体性增强;但当石灰掺量过大时,多余的石灰会堆积于团粒之间,影响团粒之间的胶结。石灰改良黄土强度提高的原因是石灰水化反应生成的胶结物质增强了土颗粒之间的胶结程度,增大颗粒间的相互摩擦,使土体结构更加稳定,提高土体强度;石灰掺量过高时,改良黄土抗剪强度降低是因为过量的石灰影响了土颗粒之间的胶结作用。研究成果既是对黄土强度特性及微观结构理论研究的丰富与充实,又可以为改良黄土工程设计的相关参数选取提供参考依据。      

改良黄土强度特性与工程处置试验研究

本文针对山西朔州典型黄土,利用素黄土与石灰粉煤灰、石灰水泥、水泥粉煤灰三种改良黄土,进行了击实特性、抗剪强度特性及崩解特性试验研究,提出了黄土改良的最佳方案,并采用该方案对山西某煤矿电梯井填方段进行了数值模拟分析,验证了石灰粉煤灰改良黄土工程应用的可行性。试验结果表明:粉煤灰与黄土形成致密的混合结构,石灰的掺入,激活了粉煤灰的活性,发生了一系列的水化反应,使改良黄土的强度大大提高,改良黄土在物理力学性质方面有明显改善。     

长龄期改良黄土抗剪强度与渗透性试验研究

为满足黄土地区建设工程对岩土材料的要求,针对长龄期条件下石灰和粉煤灰对黄土的改良作用,开展室内试验研究原土料类型、掺合材料、掺合量等因素对改良黄土抗剪强度和渗透性的影响及长龄期效应,并从微观结构和反应机理上进行了解释。研究结果表明,灰土、二灰土的强度发展和强度稳定龄期因石灰和粉煤灰发挥作用的时间不同而不同;水化反应速率变化使掺量对灰土改良土的影响表现出龄期效应;原土料的粒度成分对抗剪强度和渗透性的影响更为重要;同一改良土的强度与渗透性发展并不同步,标准龄期也宜不同,实践中应给与区分。综合各因素对改良土强度和渗透性质的影响规律,工程岩土材料设计应先区分原土料类型,后根据性质需求选择改良方式和掺量并保证龄期。     

黄原胶和玄武岩纤维改良黄土抗压强度试验研究

为改良黄土强度低、易变形破坏的工程特性,在黄土中掺加黄原胶和玄武岩纤维,通过无侧限抗压强度试验探究黄原胶含量和玄武岩纤维加筋率及养护龄期对黄土抗压强度的影响。试验结果表明:与素土相比,分别掺加黄原胶和玄武岩纤维均能提高土体抗压强度和一定程度延性;混合掺加黄原胶和玄武岩纤维时,土体的抗压强度和延性都会提高明显。根据正交试验得到,掺加1.5%黄原胶和0.6%玄武岩纤维时,改良土体的抗压强度最大。     

生态酯类材料砂土改良及工程护坡应用

为提高砂土边坡的稳定性并实现生态护坡,采用生态酯类材料——纳米水性黏合剂对砂土进行改良,通过凝胶渗透色谱法和热重法分别对纳米水性黏合剂的相对分子质量及分布、热稳定性等进行了测试与分析;通过设计并开展不同纳米水性黏合剂掺入量条件下砂土的无侧限抗压强度试验和直接剪切试验,研究了砂土的强度改良效果与规律;通过崩解试验和边坡冲刷模型试验,研究了砂土的遇水稳定性和坡面抗冲刷能力的改良效果与规律,并进一步分析了砂土改良及生态护坡机制。结果表明,纳米水性黏合剂能提高砂土的强度、水稳定性及坡面抗冲刷能力。随黏合剂掺入量的增加,砂土的无侧限抗压强度和黏聚力增大,黏聚力的增加幅度可达46%～77%,而内摩擦角变化较小;砂土的崩解系数和峰值崩解速率减小,最大崩解速率出现的时间越发滞后;坡面冲刷率降低约68%～86%。边坡防护工程实际应用效果表明,纳米水性黏合剂的固土效果好,作用时间长,促进植被生长,实现了边坡的长效生态防护。     

聚丙烯纤维加固膨胀土边坡稳定性分析

为提高膨胀土边坡稳定性,改善膨胀土力学性能,使用聚丙烯纤维对膨胀土进行改性。通过直剪试验计算出不同围压、不同聚丙烯纤维掺量改性膨胀土边坡的抗剪强度变化规律,并应用Geostudio软件中的极限平衡法对不同聚丙烯纤维掺量的膨胀土边坡进行分析。研究发现,聚丙烯纤维含量在一定范围内可有效提高膨胀土边坡抗剪强度,掺量0.14%的纤维土在直剪试验中表现出较好的抗剪性能,Geostudio极限平衡法分析结果显示,0.14%纤维土边坡稳定系数为2.431,较素膨胀土边坡稳定性系数提高0.591。建议采用掺量0.14%的纤维土加固膨胀土边坡。     

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。     

纳米SiO2和石灰改良黄泛区粉土的力学特性研究

为探究纳米SiO₂和石灰对黄泛区粉土的改良效果,通过击实试验、无侧限抗压强度试验、扫描电镜试验和XRF试验等系列试验,研究纳米SiO₂和石灰掺量对黄泛区粉土压实性、抗压强度、水稳性等力学特性的影响,分析改良粉土的微观结构及固化机理。结果表明:纳米SiO₂改良土的最大干密度和最优含水率随纳米SiO₂掺量的增加而提高,纳米SiO₂改良土中掺加石灰会降低最大干密度,但会提高最优含水率;纳米SiO₂与石灰联合使用改良效果优于单独掺入纳米SiO₂,1.5%纳米SiO₂-2%石灰改良土的无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角提升最为显著;与素土和纳米SiO₂改良土相比,纳米SiO₂-石灰改良土的水稳性得到显著改善;在纳米SiO₂改良土中,纳米SiO₂主要起到填充土颗粒之间孔隙的作用,纳米SiO₂与石灰联合使用可在土中形成胶结物质、发挥黏结与填充作用、大幅提高土的强度。     

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.     

聚丙烯酸钠混合剂固化黄土特性研究

黄土堆积松散、湿陷性强且极易被侵蚀的特性导致滑坡、泥石流、水土流失等地质灾害在黄土高原频发。为了缓解当今黄土地区土壤侵蚀,减少地质灾害的发生,本文利用聚丙烯酸钠混合剂对甘肃董志塬重塑黄土进行固化改良。通过室内崩解试验、渗透试验、水流冲蚀试验和三轴压缩试验等手段分析了不同配比下固化黄土的特性差异。结果显示,在经聚丙烯酸钠混合剂固化后,土体抗剪切破坏和水稳性能随着配比的提高而增大。当土体经聚丙烯酸钠混合剂浓度为3.5%的试剂固化后,固化效果趋于最佳,相比未加固土抗崩解和抗冲蚀性能均大幅提高,7次干湿循环后崩解率仅为1.15%,土体剪切破坏时的主应力差在100kPa、200kPa、300kPa围压下分别提高25.29%、28.23%、22.48%,渗透系数降低217.41倍。结合三轴试验数据、粒径级配和场发射扫描电镜从微观结构进行现象和机理解释,聚丙烯酸钠混合剂可将土粒包裹黏接,使土体中细小颗粒团聚在一起,从而改变土体粒径级配,促使土体黏聚力及内摩擦角增大,增强土体抗剪切性能,提高土体水稳性。聚丙烯酸钠混合剂对黄土的固化改良效果良好,将为缓解黄土高原地区土壤侵蚀,防灾减灾提供新方法。     

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。     

聚合物改性硫化亚铁在饱和多孔介质中的迁移性能

本文采用羧甲基纤维素钠（CMC）、瓜尔胶（Guar gum）对硫化亚铁（FeS）进行了改性,以增强FeS的稳定性和迁移性。通过实验考察了3种FeS（CMC-FeS、GG-FeS、Nano-FeS）的沉降性能及其在粗、中、细砂3种介质中的迁移性能,并根据胶体过滤理论计算了3种FeS在中砂中的沉积速率及在不同介质中的最大迁移距离。结果表明：改性后FeS的稳定性较高,抗沉降性能CMC-FeS > GG-FeS >> Nano-FeS;由穿透曲线看出,3种FeS在粗、中、细砂中的穿透能力（即出流质量浓度ρ_i与注入质量浓度ρ₀的比值）均为CMC-FeS > GG-FeS > Nano-FeS。粗砂和中砂中CMC-FeS的穿透能力明显高于GG-FeS,但细砂中二者的穿透能力相近,说明瓜尔胶的剪切稀化特性更利于GG-FeS在细颗粒介质中的迁移;FeS注入质量浓度的增加会导致更多的FeS沉积到介质中,但聚合物改性可以显著降低沉积速率,沉积速率CMC-FeS < GG-FeS < Nano-FeS;改性后CMC-FeS和GG-FeS在中砂的最大迁移距离分别是Nano-FeS的6.4倍和2.6倍,增加GG-FeS注入质量浓度对其最大迁移距离影响较小。