改性纳米硅材料加固松散砂土的工程特性研究

为了改变松散砂土的低强度和低抗侵蚀性,本文以纳米硅材料为基础,采用聚丙烯酰胺类作为改性剂,对松散砂土进行加固研究。分别研究在不同浓度的纳米硅材料以及不同掺量的改性剂的共同作用下,加固松散砂土的无侧限抗压强度、抗剪强度以及其崩解特性的变化规律,并对其加固机理进行分析。试验结果表明,改性后的纳米硅材料对松散砂土的无侧限抗压强度、抗剪强度以及抗崩解能力都得到较大的提高。当纳米硅材料浓度一定时,砂土的抗压强度和抗剪强度随着改性剂掺量的增加出现先增大后减小的趋势;在纳米硅浓度20%、改性剂掺量0.2%时抗压强度达到最大值970 kPa;在纳米硅浓度20%,改性剂掺量0.3%时黏聚力和摩擦角分别为173.2 kPa和39.3°;在加固松散砂土的抗崩解试验中,当纳米硅浓度大于20%、改性剂掺量大于0.1%时,加固后的砂土在水中侵泡8 d后砂样的崩解率低于50%;当纳米硅浓度20%,改性剂掺量0.2%时,加固砂土不崩解。综合试验结果,建议纳米硅溶液的浓度在20%,改性剂的掺量为0.2%作为改性纳米硅材料加固松散砂土的最优配比。     

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。     

水泥粉煤灰加固有机质土的试验研究

对于高有机质含量的泻湖相软土,单纯采用水泥不能有效提高该软土的力学性能,因此提出了采用水泥和粉煤灰作为固化剂的加固方法。通过不同水泥掺入量、粉煤灰掺入量和龄期下水泥土的无侧限抗压强度试验,分析了水泥粉煤灰固化土的强度规律和变形规律,探讨了水泥和粉煤灰加固高有机质含量软土的机理。结果表明,粉煤灰对于水泥试块的早期强度影响较小,对后期强度影响较大;粉煤灰最佳掺入量为12％,超过此掺入量水泥土强度反而会降低,粉煤灰水泥土的破坏应变、E50也在粉煤灰掺量为12％时分别达到最低值和最大值。水泥掺加粉煤灰可有效地提高高有机质含量软土的强度。     

掺砂水泥土的力学特性研究

通过室内掺砂水泥土的无侧限抗压强度试验,探讨在不同掺砂量、不同龄期条件下,其无侧限抗压强度发展规律。试验研究表明：在水泥掺量一定的条件下,掺入一定量的砂,可以明显地提高水泥土的强度。当水泥掺量为10%时,掺砂量为50%的水泥土强度达到最佳。而且根据实测的应力-应变曲线,详细地分析了掺砂水泥土的破坏形式为脆性剪切破坏,且随着掺砂量的增加,掺砂水泥土的剪切角逐渐增大。与此同时,还从不同的角度分析了掺砂水泥土无侧限抗压强度增长的原因,从而为工程应用提供了试验数据和理论依据。     

天然浮石粉水泥土力学性质的试验研究

利用内蒙古丰富的天然浮石矿产资源,将天然浮石粉作为外掺剂应用于水泥土改性研究,可有效地改善水泥土的力学性质,明显增强水泥土的耐久性。通过室内试验, 以水泥掺量15%为基准,分别掺入2%、4%、6%、8%、10%等不同掺量的天然浮石粉,养护龄期分别为7 d、28 d、60 d、90 d。试验结果表明：天然浮石粉水泥土无侧限抗压强度随着天然浮石粉掺量的增加而增大。当掺量达到8%时,强度达到了峰值,之后随浮石粉掺量的增加,强度不再增长;天然浮石粉水泥土强度随着龄期的增长而增大,90 d强度是28 d强度的1.52~1.6倍,后期强度增长很大;在不利的冻融循环条件下,天然浮石粉水泥土强度增长规律与冻前基本相同,水泥土强度虽然劣化,但比不掺浮石粉的情况均有很大程度的改善;浮石粉水泥土的渗透系数（对数）随着养护龄期的增长而减小,抗渗能力逐渐增强,特别是在最初的28 d以内,其渗透系数降低较快。     

用于填筑狭小地下空间的流态水泥土材料室内试验研究

用人工拌制的流态水泥土材料填筑狭小的地下空间可以有效解决回填土质量控制难题。对拌制的流态水泥土进行了室内无侧限抗压强度试验和直剪试验,研究了不同水泥掺量、水灰质量比、养护方式、养护时间对水泥土强度的影响,并获取了水泥土材料的变形模量、黏聚力和内摩擦角。用南京典型粉质黏土拌制的水泥土变形模量98.4~112.7 MPa、黏聚力185.54~213.45 kPa、内摩擦角32°~39°,可以有效降低回填区周边的不均匀沉降。     

粉煤灰水泥土变形特性实验研究

水泥土中掺入粉煤灰能在一定程度改善其性能,而变形特性是实际工程应用的重要指标。因此,研究粉煤灰和龄期对水泥土变形特性的影响对实际工程具有较大的参考价值。通过粉煤灰掺量为0和8%的水泥土无侧限抗压强度实验,研究发现养护龄期的增长与粉煤灰的掺加有利于水泥土变形模量的增长,尤其是粉煤灰的掺加有利于后期变形模量的增长。进一步对比分析两种粉煤灰掺量时的无侧限抗压强度和平均变形模量,发现它们之间基本上呈线性关系,随后通过拟合得出了它们之间的换算公式。最后,考虑应力-应变曲线模型特征以及对试验数据回归分析,推导出了一定条件下的水泥土应力-应变上升段表达式,为实际工程设计提供参考。     

水泥混合上海黏土pH值和电导率与强度特性研究

针对目前钻芯取样、标准贯入试验、荷载试验等水泥搅拌桩的检测方法试验要求高、试验时间长、测试费用高等诸多缺点,提出联合测定水泥土初期pH值与电导率的方式来判断其后期无侧限抗压强度与混合土性状的方法。以上海地区第④层黏性土为研究对象、以水泥掺量为变量,对加固土体的化学性质与其强度增长特性做了试验研究;探讨了pH值和电导率与水泥掺量、养护时间、后期强度之间的关系。试验结果表明,当水泥土初期的pH值和电导率大于分别为11.5和0.09 s/m的临界值时开始产生强度。在此之后强度随着pH值的增长而缓慢增加,但当pH达到11.8时,强度开始随着pH值的增长而迅速增加。电导率与强度变化关系的这些特征可以避免用水泥土初期pH值单一化学指标来判定其后期无侧限抗压强度带来的误差与风险。为判定上海地区黏性土水泥搅拌桩的强度提供试验依据。     

固化风沙土强度特性及固化机制试验研究

通过PX固化剂对库布其沙漠风沙土进行加固。对不同含水状态、不同固化剂掺量、不同养护龄期下固化风沙土的强度特性进行试验研究。试验结果表明,不同含水状态下风沙土的强度特性是不同的,相同固化剂掺量、相同养护龄期时,固化风沙土在最优含水率下的无侧限抗压强度远远大于饱和含水率下的强度。相同含水状态下固化风沙土无侧限抗压强度随固化剂掺量增加、养护龄期延长而增大,且在养护初期强度增长较快,当固化剂掺量为8 %、养护龄期为28 d时,固化风沙土强度满足国际上对固沙强度的要求。最优含水率下固化风沙土抗剪强度较风沙土有较大提高;当固化剂掺量为8 %时,固化风沙土凝聚力和内摩擦角均达到最大,此时固化风沙土抗剪强度约为风沙土的1.8倍。进而,通过扫描电镜对风沙土固化前后微观结构变化进行试验研究。研究结果表明,风沙土中掺入PX固化剂后,颗粒间由原来的弱连接变为胶结连接,解释了固化风沙土较风沙土强度得以提高、稳定性得以改善的内在原因。     

高钙粉煤灰加固促淤地基机理和性状试验研究

结合高钙粉煤灰与上海浦东国际机场工期促淤软土拌和后加固土体的室内外试验,指出高钙粉煤灰足加固促淤软土地基的一种新型材料。基于在不同掺灰量、不同游离氧化钙含量和添加不同激发剂情形下拌和灰土的室内物理力学性能试验,探讨了高钙粉煤灰加固促淤软土的固化机理和工程特性,加固后土体在无侧限抗压强度、变形、渗透特性以及抗液化能力等方面均有明显改善,指出灰土强度与掺灰量、土体改性激发剂的品种和数量以及养护龄期有关,高钙灰与土体拌和后自膨胀特性下降为12％,消除了高钙灰的体积不稳定问题。现场进行粉喷桩加固软土地基试验表明,复合软土地基的极限承载力达到240kPa以上,可以替代水泥土搅拌桩,桩间土体强度和变形也得到改善。加固场地地下水质分析表明,高钙灰加固促淤软土地基不会影响地下水质和环境。     

水泥–粉煤灰–煤渣–吹填粉细砂混合料强度试验

针对大型堆填场基层结构工程,本着就地取材节约成本的原则,利用吹填砂作为骨料,添加粉煤灰、煤渣和水泥,采用正交试验方法,编制正交设计表,配制不同比例的混合料进行无侧限抗压强度试验。采用方差对不同龄期的混合料抗压强度进行分析,并对混合料加固机理进行研究,给出了混合料最佳质量配比,即水泥20%,粉煤灰15%,煤渣10%,此时混合料的强度最大;其水泥掺量对混合料强度起着关键作用,随着龄期的增长粉煤灰与煤渣对混合料强度影响程度逐渐增强,不过煤渣对混合料初期强度影响不及粉煤灰。      

冻融循环对二灰和改性聚乙烯醇固化盐渍土力学性能的影响

随季节性变化的冻融循环作用对土体结构有显著的影响。为降低盐渍土对环境温度的敏感性并将其应用于工程中,提出以石灰、粉煤灰和改性聚乙烯醇(MPA)为固化材料的联合固化方法。先通过无侧限抗压强度(UCS)和微观扫描试验评价固化效果,构建固化材料的参数范围,再将抗剪强度(黏聚力和内摩擦角)与正交试验相结合,分析各因素的影响,明确最佳组合参数。结果表明:石灰+粉煤灰+MPA联合固化有助于提高盐渍土的强度,联合固化盐渍土的UCS为1 130.25 kPa,是盐渍土(218 k Pa)的5.18倍;联合固化盐渍土的冻融强度满足工程规范(JTG 3430-2020)要求。冻融循环作用下联合固化盐渍土的UCS稳定值为700k Pa,且3次循环后的波动范围在5%左右。适宜配比下联合固化盐渍土的抗剪强度(黏聚力和内摩擦角)在3次冻融循环后为208.2 kPa和38.56°。各因素的敏感性由高到低依次为养护时间、石灰掺量、MPA掺量、干密度、含盐量和冻融循环次数,随石灰、粉煤灰和MPA掺量的增加,联合固化盐渍土强度增大并趋于稳定,固化参数的优化可有效弱化冻融作用对滨海盐渍土的影响。结合抗压及抗剪强度试验结果,...     

软土深层搅拌桩的水泥土抗腐蚀性室内试验

结合深港西部通道填海区深层搅拌桩在滨海地下水环境中施工的需要,对水泥土在自来水、地下水、海水及Na2SO4溶液环境下的抗腐蚀性进行了室内研究,研究表明以纯水泥为固化剂的水泥土在腐蚀性地下水环境中的抗腐蚀性能较差,增加矿渣、粉煤灰的含量,能增强水泥土抗腐蚀性;分析了固化剂中矿渣、粉煤灰掺入量对水泥土抗压强度及抗腐蚀性的影响规律,即固化剂掺入比不变的情况下,用矿渣、粉煤灰替代部分水泥能大幅度提高水泥土的抗压强度,同时改善其抗腐蚀性;得出了抗腐蚀性能良好的水泥土配方,即矿渣、粉煤灰的质量占固化剂的40%～60%,可供同类工程借鉴.     

青岛滨海海积淤泥水泥土力学性能及变形特性试验研究

为研究青岛滨海及环胶州湾地区海积淤泥形成的水泥土的力学性能及变形特性,开展了一系列配合比试验。试验结果表明,试样尺寸对水泥土抗压强度影响较小。水泥土的无侧限抗压强度随着龄期的增加而增大,近似呈双曲线关系,利用水泥土中总的灰水比和任意时间的水泥土无侧限抗压强度可预测水泥土的长期强度。水泥土的无侧限抗压强度随着水泥掺入比的增加而增大,呈线性相关,可通过经验公式进行预测。在使用高抗硫酸盐水泥时,当其掺入比超过15%时才能起到明显的抗侵蚀作用。此外应该适当提高水灰比以获得更高的水泥土强度。     

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。     

武汉东湖淤泥早强固化试验研究

利用传统淤泥主固化材料水泥与辅助固化材料粉煤灰和石膏,通过组合配比对武汉东湖疏浚淤泥分别进行固化,基于无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验,确定不同材料组合及配比下淤泥固化强度和特点。试验研究表明：在疏浚淤泥固化过程中水泥占主导地位,对固化效果影响最为显著;粉煤灰起到的作用相当于降低了淤泥初始含水率,表现在固化淤泥早期强度的快速提高;石膏有利于固化淤泥早期强度的形成,其作用持续于整个淤泥固化过程。随着含水率的增大,单纯水泥固化淤泥试样的应力-应变关系曲线由应变软化逐渐过渡到应变硬化模式,围压对固化淤泥强度的影响程度也随着含水率的增大而逐渐减弱,辅助固化材料的添加使原单纯水泥固化淤泥的应变硬化型曲线变为应变软化模式。不同含水率东湖疏浚淤泥固化材料最佳配比为水泥掺入比20%,粉煤灰为3倍的水泥量,石膏为30%的水泥量,该研究成果有助于武汉东湖底泥的治理以及疏浚淤泥排放场地的地基处理和环境整治。     

不同龄期下粉煤灰水泥土的UU抗剪强度试验研究

针对不同养护龄期对于粉煤灰水泥土抗剪强度影响的问题,采用不固结不排水三轴剪切试验从宏观力学的角度分析养护龄期对粉煤灰水泥土的影响,结合SEM试验和XRD试验从微观角度分析试样内部结构与物质成分。试验结果表明:从宏观角度分析,粉煤灰水泥土的应力-应变曲线呈现应变软化型,试样的抗剪强度随养护龄期的增加逐渐增大且28 d的抗剪强度最大,同时,由于试样内部各物质之间的反应随养护龄期的增加而持续进行,龄期越长试样内部各物质之间的胶结作用越强,致使试样的内摩擦角和黏聚力随养护龄期逐渐增大;从微观角度分析,试样内部生成的结晶物质(钙矾石)与胶凝物质(C-S-H凝胶)等填充试样内部的大孔隙且相互黏结,导致试样愈加密实,抗剪强度增大。本文旨在为粉煤灰等材料固化黄土的抗剪强度提供试验依据,为粉煤灰等工业副产品在工程中的应用提供参考,对粉煤灰的利用和环境保护具有参考意义。     

极软岩巷道锚注加固注浆材料研究与应用

锚注加固是一种理想的改善软岩巷道的围岩承载性能的措施。在实验室对粉煤灰-水泥锚注加固注浆材料的流动性、析水性及抗压强度进行了试验研究,找出了注浆材料的适宜配比,即粉煤灰掺量在20 %以下,水灰比为0.65～0.70,并在新集三矿极软岩巷道修复加固中进行了应用。     

粉煤灰改良膨胀土试验研究

研究掺粉煤灰对合肥膨胀土的物理性质指标以及胀缩性指标等的影响,探讨利用粉煤灰改良膨胀土的措施与效果。试验研究结果表明,在膨胀土中掺入适量的粉煤灰可有效降低膨胀土的塑性指数、降低膨胀势、减小线缩率与降低活性。在膨胀土中掺入粉煤灰还可改变膨胀土的击实特性,一定击实功作用下,随着掺灰率的增加,土体的最优含水率与最大干密度均减小,膨胀土中掺入粉煤灰后,膨胀土可在较小的含水率下通过击实或压实达到稳定。掺灰膨胀土的膨胀量与膨胀力随养护龄期的增长而减小;没有经过养护的掺灰土,其无侧限抗压强度随掺灰率的变化几乎没有变化,经过7 d养护后,土的无侧限抗压强度有所增长,并且存在一个峰值点,合肥膨胀土的无侧限抗压强度所对应的最佳掺粉煤灰率约为15 %～20 %。