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%。      

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%。     

黄土化学改良试验研究

黄土的化学改良是黄土工程地基处理研究领域中的重要课题之一,开展这方面的研究对于治理黄土地基基础工程,从根本上解决黄土危害具有重要的理论价值和较好的工程应用前景。在我国西北、华北地区,经常要碰到填筑路基、渠道和边坡等黄土工程,由于黄土及重塑黄土具有许多特殊的物理力学性能,必须经过改良处理后才可应用。为了探讨化学材料对黄土特性的影响,本文以山西太原黄土为对象,通过掺加新型高分子土固化材料SH和水泥进行化学改良,就改良土试样进行抗压强度、直接剪切和渗透试验等分析研究。研究结果表明:SH和水泥均能改变黄土的工程性质。黄土加固后强度指标,抗渗性优于黄土本身。固化黄土的强度特性和渗透性能受固化材料掺量、密度和龄期的影响明显。随着掺量增加,密度增大和养护时间的延长,抗压强度提高,抗剪强度增强,渗透系数减小。考虑到大掺量会超过经济限度,建议两者较适宜掺量控制在10%左右。SH 为水溶性液体固化材料,固含量较少,成本较低,但固化后强度较大,渗透性小,浸水不崩解,化学改良效果优于水泥,实际应用时可根据具体情况考虑优先选用SH改良黄土。     

石棉纤维粉煤灰水泥加固软土试验研究

为研究石棉纤维加固软土的效果和机理,改善水泥土的脆性破坏特点,提出将石棉纤维的物理加筋作用与水泥、粉煤灰的化学加固作用相结合,通过对不同纤维掺量(0%~9%)的石棉纤维粉煤水泥复合土进行直剪试验、无侧限抗压强度试验、劈裂试验、扫描电镜试验,进而对石棉纤维加筋水泥土的强度性质和影响机理进行探讨。研究表明,石棉纤维配合水泥与粉煤灰能显著提高软土的强度和稳定性,改善水泥土的破坏形式。水泥粉煤灰配比一定时,石棉纤维增强水泥复合土各强度指标值存在最优掺量,纤维添加量在3%~6%之间,石棉纤维的加筋效果在水泥土中能得到很好的发挥,超过最优掺量则会降低复合土的强度值。     

Experimental study of the mechanical and thermal properties of lignin fiber-stabilized loess under freeze-thaw cycles北大核心CSCD

冻融循环作用是造成寒区工程病害的主要因素之一。为探究冻融循环对木质素纤维改良黄土力学和热学的影响,通过轻型击实试验、冻融循环试验、不固结不排水三轴剪切试验、热常数分析试验和X射线衍射试验,以木质素纤维掺量、冻融循环次数和围压为变量展开研究。结果表明：随着掺量的增加,改良黄土的最大干密度降低,最优含水率升高;随着冻融循环次数的增加,试样的应力-应变曲线由应变硬化型向应变弱软化型转变;试样的质量损失率、破坏强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角和导热系数均随着冻融循环次数的增加呈下降趋势,在经历第1次冻融循环后衰减率最高,并且总是在掺量为5%时达到最大值;试样的破坏强度和黏聚力在经历6~9次冻融循环后趋于稳定;黄土及掺量为5%的改良黄土在X射线衍射分析中成分相似,未发现新的物质生成,因此,木质素纤维是一种绿色的物理固化材料。该研究成果可为寒区土体加固提供新思路。     

水泥改良黄土力学特性试验研究

利用多种室内试验手段对重塑黄土和不同配合比（4%、5%、6%、7%）水泥改良黄土的物理力学性质进行了研究,试验结果表明：未经改良的黄土的力学性质不能满足高速铁路路基的设计要求,不能直接作为路基填料使用;水泥改良黄土的工程性质较重塑黄土有大幅度的提高;配合比达到5%及以上的水泥改良黄土的力学控制指标均能达到高速铁路对路基填料的要求;建议改良黄土路基填料的水泥配合比为5%~6%。     

重金属作用下改性水泥系隔离墙化学相容性研究

水泥系隔离墙被广泛应用于工业污染场地修复工程,但其防渗性能有待改善,且在高浓度、毒理性重金属污染作用下的化学相容性有待研究。通过室内试验研究了不同粒化高炉矿渣（GGBS）掺量、膨润土掺量和固化剂总掺量对水泥系隔离墙的强度和渗透特性的影响;综合考虑成墙效果和成本,选出固化剂掺量为20%（水泥、粒化高炉矿渣和膨润土掺量分别为8%、8%和4%）作为改性水泥系竖向隔离墙的最优配比。通过柔性壁渗透试验研究了重金属锌、铅污染作用下改性水泥系隔离墙试样的化学相容性。结果表明,重金属溶液作用下试样防渗性能的下降由重金属种类、重金属浓度以及试样孔隙液pH值三者共同决定。重金属种类对防渗性能的不利影响为：硝酸锌-硝酸铅>硝酸锌>硝酸铅。锌、铅溶液作用下试样的渗透系数为自来水作用下渗透系数的1.49～10.10倍,且重金属溶液的浓度越高渗透系数越大。在满足防渗要求前提下,该配比墙体材料能阻挡50 mmol/L的硝酸锌污染液、100 mmol/L的硝酸铅污染液和10 mmol/L硝酸锌-硝酸铅污染液。     

纤维加筋黄土的抗剪强度特性研究

通过直接剪切试验研究了不同含水率、不同纤维量、不同压实度纤维加筋黄土的黏聚力、内摩擦角和抗剪强度的变化规律。研究结果表明:含水率由14%增加到18%时,黄土的黏聚力逐渐减小,当其大于20%时,黏聚力c急剧减小;当黄土的含水率为18%时,内摩擦角φ最大,黄土的抗剪强度达到最大值;纤维材料在黄土中呈面状、网状和团状分布,内摩擦角和黏聚力均随纤维量的增大先增大后减小,纤维量0.5%为最优纤维量;纤维含量小于最优纤维量时,内摩擦角随压实度的增大变化较小,当纤维含量大于最优纤维量时,内摩擦角变化较大;同时,在实际应用方面,该试验给出了含水率、纤维量和压实度与内摩擦角和黏聚力的函数关系,对黄土地区施工具有指导意义。     

陕北采煤沉陷区黄土基注浆材料性能试验及配比优选

注浆法是采煤沉陷区的主要治理方法，浆材对注浆效果和成本影响很大。以陕北地区黄土-水泥-添加剂混合浆液为研究对象，采用单因素及正交试验对黄土浆液的黏度、凝胶时间、结石率及28 d单轴无侧限抗压强度进行试验研究，对各指标的影响因素及变化规律进行分析，同时，建立黄土基浆液的GA-BPNN预测模型，通过GA多目标全局寻优，优选出一定强度下成本最低的浆液配比。试验结果表明:黄土水泥浆液与陕北地区普遍采用的水泥粉煤灰浆液性能相近，成本大幅降低，黄土基注浆材料密度及结石率受水固比影响最为明显，黏度主要受水固比及黄土（水泥）掺量影响，28 d强度主要受黄土（水泥）掺量影响；采用GA-BPNN构建模型预测的黄土基注浆材料性能预测值与期望值相对误差为0.74%~1.83%，预测结果精度高，可满足实际应用需求。移动阅读      

循环荷载作用下纤维水泥土动力特性

通过动三轴试验,研究水泥土中掺入不同掺量的聚丙烯纤维和玄武岩纤维条件下,其动应力 、动弹性模量 随动应变的变化规律。试验结果表明：水泥土的动强度和动弹性模量与围压、掺入纤维的种类和纤维掺量有关;随着纤维掺量的增多,水泥土的动强度和动弹性模量增大,动变形减小。从滞回曲线和微观的角度分析,掺入玄武岩纤维的水泥土动力性能最好,聚丙烯纤维水泥土次之,素水泥土（无纤维）较弱;最大动弹性模量 随着围压和纤维掺量的增大而增大。玄武岩纤维水泥土在不同围压下的 归一化曲线相互聚拢,表明 对围压的依赖程度降低。     

固化淤泥重塑土力学性质及其强度来源

对不同水泥掺加量的固化淤泥及其重塑土进行了无侧限抗压强度试验和直接剪切试验,并对固化土和重塑土的应力-应变关系曲线、无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角进行了比较分析。结果表明：随着水泥量和龄期的增加,固化淤泥的脆性增强,塑性减弱;重塑土的应力-应变关系受水泥量和龄期的影响不大,随着应变的增加,应力增长缓慢,塑性变形非常大。固化土的无侧限抗压强度、黏聚力均随着水泥量和龄期的增加而增大,而内摩擦角则有减小的趋势。重塑土相对于原状土无侧限抗压强度和黏聚力都有较大程度的折减,并且水泥量和龄期越大,折减越多;内摩擦角随着水泥量和龄期的增加有小幅度提高。重塑土强度主要来源于破碎固化土团间的摩擦和咬合作用,因此,在固化淤泥重塑土的实际工程应用中,初始固化土的处理强度不应太高。     

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。     

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。     

用似水灰比对水泥土无侧限抗压强度的预测

对以连云港地区的海相软土为原料的水泥土进行了一系列物理、强度试验,分析了含水量、水泥用量和龄期对水泥土强度的影响,提出了似水灰比的概念用于水泥土强度的预测。采用提出的水泥土强度预测公式,根据某一似水灰比、龄期28 d某种的水泥土室内试验强度,可以预测不同含水量、不同水泥用量和不同龄期的水泥土室内试验强度。通过比较分析发现,得出水泥土强度预测公式可以很好地应用于其他研究者已经发表的水泥土试验数据,进一步验证了所提出的强度预测公式的有效性。     

赤泥改性黄土的基本工程性质研究

为探究赤泥改性黄土的基本工程特性,进行无侧限抗压试验、直剪试验及渗透试验,得出赤泥改性黄土的最佳配比,建立了抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率的经验公式。通过动三轴试验,分析了循环动荷载下改性黄土的累积塑性变形、动弹性模量及浸出毒性。结果表明,随赤泥含量增加,改性黄土无侧限抗压强度和黏聚力都先增大后减小,当赤泥含量为15%时其28 d无侧限抗压强度达到3.5 MPa,较不掺入赤泥时提高约34.7%;改性黄土的渗透系数随赤泥含量增加先快速降低,至赤泥含量5%后趋于稳定;改性黄土的抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率呈良好的线性关系;改性黄土在循环动荷载下的临界动应力达600 kPa,最大动弹性模量比未改性黄土高出6倍,且其浸出液不具有浸出毒性。     

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。     

氯盐对水泥固化土应力应变特性影响分析

以人工制备的方法配制了不同氯盐含量的土样,并掺入不同含量的普通硅酸盐水泥对其进行固化处理。采用无侧限抗压强度试验对氯盐含量对水泥固化土的应力应变特征影响规律进行分析。试验结果表明:随着氯盐含量的增加,水泥固化土的无侧限抗压强度和变形模量降低,破坏应变随之增大,应力-应变关系曲线由脆性破坏向塑性破坏转化; 增加水泥用量可以减缓氯盐对水泥固化土的不良影响; 但水泥固化土变形模量与无侧限抗压强度的比值与氯盐含盐量大小无明显关系。     

水泥固化锌污染土电阻率与强度特性研究

以标准砂及普通硅酸盐水泥为试验材料,制作水泥固化锌污染土样,进行了一系列电阻率和无侧限抗压强度试验。研究了交流电频率对水泥固化锌污染土电阻率的影响、不同含量锌离子对水泥缓凝作用的影响、锌离子含量和龄期分别对水泥土电阻率和强度的影响、电阻率与无侧限抗压强度的关系。结果表明：电阻率随电流频率的增加而明显降低,尤其当频率低于50 kHz时为甚;不同含量的锌离子对水泥土的缓凝作用影响明显,随着锌离子含量的增大,水泥土强度的充分发挥所需时间逐渐增长,但在锌离子含量为500 mg/kg时,缓凝作用表现异常;电阻率和强度均随龄期的增加而增长,随锌离子的含量的增加上下波动,电阻率在锌离子含量为50 mg/kg和500 mg/kg时出现极值,强度在锌离子含量为100 mg/kg和500 mg/kg时出现极值;在各个龄期下,电阻率与强度均呈现出很好的线性关系。     

水泥改良土的拉伸强度特性及其计算方法

水泥改良土具有强度高、变形小、施工操作简单、质量控制容易和经济效益显著等优点,被广泛应用于路基填筑、基坑回填、边坡防护和地基换填。水泥土裂缝影响路基工程的正常运行,甚至可能危及铁路路基安全。因此,铁路路基设计需要对路基填土的抗拉强度有一定程度的了解,水泥改良土抗拉强度的确定具有重要意义。水泥改良土的抗裂性能是影响工程应用的重要因素,拉伸强度是衡量水泥土抗裂性能的关键指标。本文基于常规无侧限压缩仪自行设计了直接测量水泥改良土拉伸强度的单轴拉伸试验方法,系统地研究了水泥掺量（A）、龄期（t）、含水率（w）和干密度（ρ_d）对水泥改良土单轴拉伸强度（σ_t）的影响,水泥改良土的单轴拉伸强度随水泥掺量、龄期和干密度增加而增加,随含水率增加而减小,建立了水泥改良土的单轴拉伸强度与e_t/A（e_t是水泥改良土的孔隙比）之间的指数函数关系。结合水泥改良土的无侧限抗压强度和基质吸力的测试结果,建立了单轴拉伸强度与无侧限抗压强度和基质吸力之间的相关关系。