水泥砂浆固化土三轴试验研究

为研究水泥砂浆固化土剪切强度特性和合理确定水泥砂浆固化土工程应用的配比,从掺砂量、水泥掺入比、原料土含水率及砂料粒径入手,对水泥砂浆固化土进行了室内固结不排水三轴（CU）试验研究。结果表明,掺砂可以改善固化土强度;随掺砂量的增加,黏聚力和有效黏聚力先增加后减小,转折点的掺砂量为最佳掺砂量（10%左右）,内摩擦角和有效内摩擦角不断增加,一定掺砂量下增加水泥掺入比可有效地提高固化土的强度;随着含水率的增加,固化土的黏聚力呈近似线性减小的关系,而内摩擦角几乎保持不变,采用水泥砂浆处理高含水率软弱地基时适当提高掺砂量,可以较大幅度改善固化土的力学性质;在掺料配比一定的情况下砂料粒径对固化土的抗剪强度指标存在一定的影响。采用单一粒径砂料的固化土抗剪强度更高,该单一粒径在固化土级配良好的前提下,不均匀系数Cu趋于最大、曲率系数Cc趋于最小     

添加沸石对黏性土-膨润土竖向隔离墙材料压缩和渗透特性的影响

土-膨润土系竖向隔离墙广泛应用于工业污染场地和地下水修复工程。通过坍落度和一维压缩固结试验研究添加沸石对黏性土-膨润土竖向隔离墙材料的工作性,以及压缩和渗透特性。黏性土选用高岭土,沸石-高岭土-膨润土试样中沸石掺量为2%～40%。试验结果与以往沸石-砂-膨润土竖向隔离墙材料以及击实沸石-膨润土混合土研究结果进行对比,明确沸石掺量和粒径对压缩和渗透特性的作用规律。试验结果显示,满足隔离墙材料施工要求的含水率范围随沸石掺量增加而增大,并处于液限的0.96～1.18倍。添加细颗粒沸石对试样的压缩指数和渗透系数影响较小,渗透系数小于10-9 m/s。相反,添加粗颗粒沸石将导致微孔隙尺寸增大,并形成水能够通过的沸石网架结构,将显著增大渗透系数。试样渗透系数能够通过考虑孔隙比和液限的经验公式进行良好的预测。     

CaCl2溶液对不同黏土基防渗墙渗透性的影响

在垃圾填埋场和场地污染防治工程中,黏土基防渗墙作为原位屏障,已广泛应用于隔离污染物与控制污染地下水的迁移。由黏土与地层混合形成的防渗墙与CaCl2溶液相互作用后,其渗透性会发生怎样的变化。针对这一问题,使用福建标准砂模拟砂性地层,以4种黏土作为混合材料,通过混合、浇筑和固结以后,对其渗透系数和水分特征曲线进行了实测。结果表明,在10%黏土添加量下,当4种砂-黏土混合土经0.2 mol/L CaCl2溶液渗透稳定后,其渗透系数相比渗透液为自来水时都有不同程度的增大,但渗透系数增大的倍数没有超过10。此外,CaCl2溶液在4种砂-黏土混合土中渗透稳定后试样的孔隙率没有发生较大变化,只是小幅地减小了。试验结果分析认为,钙离子与黏土矿物颗粒表面的单价阳离子发生了置换反应,使扩散双电层厚度减小,结合水含量降低,因而有效孔隙率增加,可能是宏观上造成渗透系数变大的主要原因。     

高庙子膨润土与砂混合物的土-水特征曲线

用滤纸法和压力板法对高庙子膨润土与福建砂的混合物进行试验研究,在不同孔隙比和不同膨润土与砂配合比情况下量测脱湿过程的土-水特征曲线,研究土-水特征曲线与孔隙比和配合比之间的关系。试验结果表明：在同一配合比下用饱和度与吸力表示土-水特征曲线时,其曲线随着孔隙比的减小向右上方移动,即当土样的吸力一定时,土样的饱和度随着孔隙比的减小而增大,当吸力小于10 MPa时,这种现象较为显著;在同一孔隙比下膨润土与砂混合物的土-水特征曲线随着膨润土的比例增加而向右上方移动,即混合物的进气值随着膨润土的比例增加而增大;另外,配合比以及孔隙比相同时,膨润土与福建砂的混合物的土-水特征曲线与日本产Kunigel膨润土与丰浦砂的混合物的土-水特征曲线非常接近。     

掺砂率对膨润土与砂混合物膨胀特性的影响

膨润土与砂混合物的膨胀特性是评估核废料深层地质处置工程长期性能的重要指标。对比不同膨润土及其与砂混合物的膨胀试验结果可知,对纯膨润土及其低掺砂率混合物,浸水膨胀完成后蒙脱石孔隙比em与竖向应力?v在双对数坐标内呈惟一的线性关系,利用该线性关系可预测浸水完成后不同竖向应力下的体积变化量及不同初始状态对应的膨胀力;对高掺砂率混合物,在砂骨架形成之前,em-?v线性关系成立,随着竖向应力的增大,砂骨架形成,对应的em值脱离em-?v线性关系,混合物中掺砂率越大,脱离该线性关系时的竖向应力就越小。砂骨架形成前,砂颗粒被蒙脱石包围,外力由蒙脱石承担,最终变形量由试样中单位体积蒙脱石的含量决定;砂骨架形成后,竖向应力最终由砂骨架和蒙脱石共同承担。利用砂骨架孔隙比的概念可确定各种不同掺砂率混合物形成砂骨架时的应力起偏点。同时,还可确定混合物能够形成砂骨架的掺砂率范围。     

水-力耦合条件下膨润土-砂混合物的体变特性研究

在高放核废物处置库中,膨润土-砂混合物是一种可选的缓冲回填材料,掌握其在水-力耦合条件下的体变特征对正确评价处置库的长期安全性有重要意义。按照不同的石英砂掺量(0%~50%)配制了6组膨润土/砂混合物,依次进行了单轴侧限压缩、有荷膨胀(轴向应力为0.2 MPa)和饱和再压缩试验,获得了混合物在不同水-力路径下的变形特征,并着重分析了砂掺量的影响。结果表明:(1)膨润土-砂混合物的压缩性与掺砂量、饱和状态和密实度有关。在非饱和及密实度较低(ρ_d1.7 g/cm~3)的条件下,混合物的压缩指数随砂掺量的增加近似线性减小;当混合物压缩到较高的密实度(ρ_d1.7 g/cm~3)并且饱和后,压缩指数受掺砂量的影响不明显,但其值远小于非饱和及低密实度状态。(2)混合物的最终膨胀率随着掺砂量的增加呈指数减小,随膨润土有效干密度的增加而呈指数增加。掺砂量达到40%时,膨胀过程伴随有体积回落现象,且体积回落率随砂掺量的增加而加剧。(3)混合物在不同水-力路径中及不同砂掺量条件下呈现的体变差异性与膨润土和砂在试样中的分布状态及二者对土体骨架的主导作用有关,总体上,掺砂量越高或试样密实度越大,砂对体变的主导作用越强。(4)混合物的膨胀力随掺砂量的增加而减小,通过引入膨润土有效干密度参数,建立了混合物膨胀力与该参数间的指数定量关系,可对膨胀力进行预测,并从蒙脱石的体积变化率与质量分布率的角度进一步分析了混合物膨胀力的作用机制。     

细粒含量对饱和砂类土液化强度的影响

为研究细粒含量FC对不同密实状态饱和砂类土液化强度CRR的影响,将不同FC的砂类土试样分为3组：（1）相同的相对密实度 50%;（2）相同的孔隙比 0.90;（3）相同的骨架孔隙比 1.20,对不同FC和密实状态（ 、e和 ）的砂类土进行了一系列不排水循环三轴试验。试验结果显示：e或 相同的砂类土CRR随着FC的增加逐渐降低;具有相同 砂类土的CRR随FC的增加迅速增大,砂类土的CRR与 、e或 都没有较好的相关性。分析表明：不同FC和密实状态砂类土的CRR随等效骨架孔隙比 的增大而降低,两者呈现较好的负幂函数关系,这表明考虑细粒影响程度的 是合理表征不同种类砂类土CRR的一个物理状态指标。通过对比已有的砂类土的试验结果发现：砂类土中的砂粒是影响CRR的重要因素,且随着砂粒的形状从圆状向角状变化,砂类土的总体CRR逐渐增大。     

膨润土-砂混合型缓冲/回填材料土-水特征曲线研究

高放废物（HLW）深地质处置中,在膨润土中添加一定比例的石英砂能优化缓冲/回填材料的性能。利用水汽平衡法,对高庙子压实膨润土-砂混合物在不同温度、掺砂率和干密度条件下的土-水特征曲线（SWCCs）进行试验研究,分析温度、掺砂率与干密度对混合物土-水特征曲线的影响。试验结果表明,随着温度升高,混合物的持水能力明显下降;在试验控制吸力范围内,低吸力段掺砂率对土-水特征曲线影响明显,高吸力段掺砂率对混合物土-水特征曲线的影响逐渐降低;干密度对混合物的土-水特征曲线基本没有影响。根据试验数据建立了不同温度和掺砂率条件下膨润土-砂缓冲/回填材料土-水特征曲线的经验公式,可用来预测不同温度和掺砂率条件下的膨润土-砂混合型缓冲/回填材料土-水特征曲线     

砂-黏土混合物高压压实性能试验研究

利用自行设计高压固结仪对5种不同含砂率的饱和砂-黏土混合物开展一系列高压压缩试验,研究砂-黏土混合物压缩性和渗透性演化规律及其对矿物组分的依赖性。试验结果表明,饱和砂-黏土混合物的孔隙比-压力(e-lgP)曲线随着含砂率增高呈现出指数函数模式向双曲线函数模式转化,而e-P曲线在压力高于8.1 MPa则呈线性变化,其斜率依赖于含砂率。最优含砂率随固结压力的增大而逐渐从75%移向30%。不同含砂率的砂-黏土混合物的孔隙率、固结压力和含砂率存在统一的幂函数关系。渗透系数与含砂率有关,渗透系数与孔隙率符合指数函数关系。从砂-黏土混合物骨架结构和孔隙类型的角度出发,从本质上分析含砂率、固结压力对混合物压缩性和渗透性的作用规律。结合SEM微细观结构观测结果,验证砂-黏土混合物骨架结构与含砂率之间的相关性。     

改性土-膨润土竖向隔离墙材料的压缩及渗透特性试验研究

膨润土系竖向隔离墙作为阻滞污染物的工程屏障有效且经济。采用沸石改性传统的土-膨润土竖向隔离墙存在抗腐蚀性弱等耐久性不足的同时,必须考虑其压缩、渗透等工程性质的变化。通过一维压缩固结试验,研究了不同沸石及膨润土掺量下膨润土系隔离墙材料的压缩固结和渗透特性。引入评价天然重塑黏土的压缩、渗透特性的归一化孔隙比e/eL和评价天然重塑黏土固有压缩特性的孔隙指数Iv两种归一化评价体系,进一步探讨了添加沸石改性前后膨润土系竖向隔离墙混合土的压缩和渗透特性。     

不饱和膨润土中气体渗透研究

作者对不饱和膨润土中气体渗透情况进行了研究，对实验所使用的膨润土和砂进行了密度、容重、粒重、孔隙度及含水率等特性的表征。实验所建立的气体渗透研究装置可用于测定气体渗透系数，并将其作为材料气体渗透性能的表征，实验结果表明：膨润土的孔隙度和含水率对其渗透系数有十分显著的影响。     

膨润土热传导性能时效性试验研究

在不同初始条件下试验研究了静置时间对高庙子钠基膨润土GMZ07和MX80膨润土压实样热传导性能的影响。在保持试样干密度和含水率不变情况下,将不同初始状态试样分别静置1、5、30、60、100 d,随后采用热探针法进行热传导系数测试,并对部分试样进行压汞试验。试验结果表明：GMZ07和MX80膨润土的热传导系数均随静置时间的增长而减小,静置早期热传导系数减小较快,随着静置时间延续,热传导系数逐渐趋于稳定。在相同干密度下,静置时间引起的热传导系数减小量随含水率的增大而增大。结合压实膨润土试样的微观孔隙结构变化,认为膨润土热传导系数随静置时间发生变化的主要原因是：试样静置过程中,蒙脱石发生水化膨胀,部分土中水转变成热传导性能较差的惰性水,导致膨润土的热传导系数减小。     

Impact of wetting–drying cycles on the hydraulic conductivity of liners made of lime-stabilized sand–bentonite mixtures for sanitary landfills

In this study, an investigation was performed to determine if lime-stabilized sand–bentonite mixtures are appropriate for the construction of sanitary landfills liners. For this aim, the hydraulic conductivity tests were conducted in the laboratory on sand–bentonite mixtures and lime-stabilized sand–bentonite mixtures to evaluate the effect of wetting–drying cycles. The hydraulic conductivity tests were performed to see if their hydraulic conductivities are affected by wetting–drying cycles. First series of specimens have been prepared as a mixture of sand and bentonite only. In the first series of specimens, sand was mixed with bentonite in proportions of 20, 30, 40, and 50 %. In the second series of the specimens, lime in proportions of 1, 2 and 3 % by weight was added to the mixtures of sand–bentonite in proportions of 20, 30, 40, and 50 %. From the results of the tests, it was observed that while optimum water content increased, maximum dry density decreased with addition of lime to the sand–bentonite mixtures. Generally, the hydraulic conductivity increased with the addition of lime to the mixtures but at low percentages of lime (1–2 %), however, slight decreases in k were recorded. It was also observed that the wetting–drying cycles on the permeability test indicate cure effect on specimens with addition of lime which resulted in decreased the hydraulic conductivity.     

Compression behavior of reconstituted soils mixed with bentonite for a cutoff wall in a landfill site

Soil-bentonite (SB) backfill is used extensively in cutoff walls at landfill sites; the walls are used as engineered geotechnical barriers for contaminant control. With increasing bentonite content, the coefficient of consolidation and hydraulic conductivity of the SB decrease. However, when the bentonite content is increased beyond a certain percentage, the hydraulic conductivity of the SB decreases very little. One of the aims of this paper is to introduce the concept of optimal bentonite content (OBC) for SB cutoff walls, in which the hydraulic conductivity (k_h) is expected to be lower than 1?×?10^?9 m/s. Additionally, the paper introduces a new index consolidation stress ratio, c_vσ′, which is used to obtain the OBC. For this study, the initial water contents of the SB backfill material are selected to be 0.8, 1.0, and 1.2 times their corresponding liquid limits. The clayey soils are amended with different bentonite contents, 0, 5, 8, and 10% (by dry weight basis) for the oedometer tests. Then, piezocone penetration test (CPTU) is applied in SB cutoff wall at a landfill site in Jingjiang city, China. The results of the laboratory and field studies show that the introduction of a new index, c_vσ′, is very useful for calculating the OBC and for evaluating the coefficient of consolidation and hydraulic conductivity of SB backfill. The advantage of SB backfill with OBC is that it can achieve the design requirement of very low hydraulic conductivity and improve the safety reserves.     

混合型缓冲回填材料膨胀力试验研究

与纯膨润土相比,混合型缓冲回填材料（膨润土与石英砂混合物）能够实现防渗阻隔能力、热传导性能、力学强度和可施工性能的最佳组合。选用高庙子钠基膨润土（GMZ001）为缓冲回填材料的主料,添加不同比例的石英砂,对掺砂比分别为0、10%、20%、30%、40%和50%的膨润土-砂混合物压实试样进行室内试验。结果表明,混合物的液限、塑限随掺砂率的增大而线性降低;膨胀力随时间呈指数增长。初始含水率较大时,最大膨胀力随初始含水率的增大略有降低。掺砂率一定时,最大膨胀力随初始干密度指数增长。提出了有效黏土密度的概念,建立了一定初始含水率条件下,任意掺砂率和初始干密度的高庙子膨润土-砂混合物最大膨胀力归一化模型,为混合型缓冲回填材料膨胀力的预测与控制提供了依据。     

两种膨润土的土-水特征曲线

用滤纸法和压力板法对Kunigel-V1和高庙子两种膨润土进行试验研究,量测不同孔隙比情况下的土-水特征曲线,研究土-水特征曲线与孔隙比之间的关系以及两种膨润土的土-水特性。试验结果表明：用吸力与含水率的关系表示土-水特征曲线时,在吸力较大的情况下,孔隙比对土-水特征曲线的影响不大;用吸力与饱和度的关系表示土-水特征曲线时,土-水特征曲线随着孔隙比的减小向右上方移动,即在吸力一定的情况下,饱和度随着孔隙比的减小而增加,并且此变化接近于线性变化。另外,孔隙比相同时,Kunigel-V1和高庙子膨润土的土-水特征曲线比较接近,即两种膨润土的持水特性比较相近     

苯酚溶液作用下CMC改性膨润土化学相容性试验研究

膨润土的聚合物改性可有效提升竖向阻隔屏障化学相容性。有机污染物、聚合物种类对改性膨润土防渗性能研究鲜有报道。通过膨胀指数、改进滤失试验,研究苯酚溶液作用下羧甲基纤维素钠(CMC)改性膨润土的膨胀和渗透性能,结合傅里叶红外光谱分析,评价CMC分子链的特征基团对提升化学相容性的作用机理。相同苯酚浓度条件下CMC改性膨润土的膨胀指数(SI)较母土测定结果高1.5~2.5倍。同一孔隙比范围内,改性作用使膨润土渗透系数(k)降低一个数量级。CMCⅢ改性膨润土防渗性能相对最优。研究范围内,聚合物分子量和取代度未显示对SI和k的影响规律。CMC改性提升化学相容性的主因有:(1)聚合物水凝胶对膨润土颗粒间的大孔隙具有堵塞作用;(2)特征基团(羧酸根、羧基)与苯酚的酯化反应等相互作用,以及苯酚与水凝胶中水分子的氢键作用阻碍苯酚迁移,从而减轻其对压缩蒙脱石黏土矿物双电层的不利影响。     

集成回填材料的渗透特性研究

本文在前人基础上改进渗透装置,通过自制多功能膨胀渗透仪在氮气加压为1.0 MPa条件下,测得沸石-膨润土-硫铁矿、凹凸棒石-膨润土-硫铁矿两组混合物在不同膨润土含量、压制载荷、压实密度、出水时间等条件下的渗透系数。实验结果表明:集成回填材料的渗透系数随时间的变化不大,基本满足达西定律。同一干密度和含水率条件下,不同混合物随着膨润土含量的增加,其渗透系数降低。膨润土含量占沸石混合物或者凹凸棒石混合物比例不小于60%时,二者混合物的渗透系数均满足高放废物处置中回填材料渗透系数小于7×10-10m/s的要求。但同等条件下,由于沸石为非粘性矿石,其具有孔隙大、渗透性好等特点,因此天然地下水在沸石混合物中比在凹凸棒石混合物中渗透得快。同一干密度和含水率条件下,不同混合物压实制样的载荷越大,其渗透系数越小,反之越大。压制载荷在50~100 MPa间时,混合物的渗透系数变化不大。通过进行混合物不同配比、不同影响因素对渗透特性影响的研究,为我国新型缓冲回填材料在未来地下工程中施工提供一定的理论依据。     

吉林省药用赋形剂膨润土资源的优选研究

对吉林省九台，小梨河，净月潭和露水河等产地的膨润土进行了质量优选研究。根据膨润土类型，蒙脱石含量，理化性能和浸出试验结果，发现净月潭灰白色钙基膨润土的品质最优，其次最小梨河浅黄色膨润土。