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。      

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。      

水泥-黄土注浆充填材料的试验研究

采空区危害巨大,目前主要采用注浆充填方式进行处置。水泥-粉煤灰浆液在采空区治理中得到了广泛的应用,但在一些采空区治理工程中,由于缺乏粉煤灰,需要寻找其他低成本的注浆材料。水泥-黄土浆液具有就地取材、工艺简单等优势,是替代水泥-粉煤灰浆液的首选。本文以陕西泾阳、甘肃兰州、山西吕梁黄土为研究对象,通过大量水泥-黄土浆液黏度、结石率、凝结时间、结石体强度等性质的试验,研究了水泥掺量、水固比、黄土类型、水玻璃掺量等因素对水泥-黄土浆液性质及其结石体强度的影响。试验结果表明:随黄土掺量的增加,结石体强度、浆体流动性降低,而凝结时间延长;水泥-黄土浆液结石体早期强度较低,而后期强度增长较大;黄土的地域性分布,造成水泥-黄土浆液性质差异较大,黄土的粒径越粗,结石体的强度越高;与离石黄土浆液相比,马兰黄土浆液性能稳定,强度较高,更适宜于采空区充填注浆;水玻璃的掺入,使浆液黏度增大,结石率提高,凝结时间缩短,强度减小。本研究成果为采空区注浆设计和施工提供了新的思路。     

水泥-黄土注浆充填材料的试验研究

采空区危害巨大,目前主要采用注浆充填方式进行处置。水泥-粉煤灰浆液在采空区治理中得到了广泛的应用,但在一些采空区治理工程中,由于缺乏粉煤灰,需要寻找其他低成本的注浆材料。水泥-黄土浆液具有就地取材、工艺简单等优势,是替代水泥-粉煤灰浆液的首选。本文以陕西泾阳、甘肃兰州、山西吕梁黄土为研究对象,通过大量水泥-黄土浆液黏度、结石率、凝结时间、结石体强度等性质的试验,研究了水泥掺量、水固比、黄土类型、水玻璃掺量等因素对水泥-黄土浆液性质及其结石体强度的影响。试验结果表明:随黄土掺量的增加,结石体强度、浆体流动性降低,而凝结时间延长; 水泥-黄土浆液结石体早期强度较低,而后期强度增长较大; 黄土的地域性分布,造成水泥-黄土浆液性质差异较大,黄土的粒径越粗,结石体的强度越高; 与离石黄土浆液相比,马兰黄土浆液性能稳定,强度较高,更适宜于采空区充填注浆; 水玻璃的掺入,使浆液黏度增大,结石率提高,凝结时间缩短,强度减小。本研究成果为采空区注浆设计和施工提供了新的思路。     

不同固化材料垫层在黄土中隔水能力及其垂直扩散特性

黄土作为地基材料时由于其湿陷性容易出现失稳现象,利用固化剂垫层改良黄土地基水稳性和强度的技术被广泛使用。本文主要通过在黄土中分别加入石灰、水泥和粉煤灰固化剂垫层的方法进行加固,测定了在垂直方向上各处的含水率、密度、干密度、土颗粒比表面积(SSA)及阳离子交换能力(CEC)的变化。试验表明石灰、水泥和粉煤灰垫层可以影响10～15cm范围内相邻土层含水率、密度、比表面积和阳离子交换能力,改变土质结构,提高土体的水稳性。改性后的土体越靠近固化剂垫层,含水率、SSA和CEC越小而密度越大。其中,石灰垫层效果最好,它能将黄土中含水率减小超过4%,密度增加1.0～1.5g cm-3,粉煤灰作用次之,水泥最弱。此外,试样土颗粒比表面积(SSA)与阳离子交换能力(CEC)存在线性递增的关系,本次试验中,3个试样中SSA与CEC之比均稳定于6.5～7.5之间。     

水泥改良黄土力学特性试验研究

通过大量土工试验和理论分析,研究了水泥改良黄土的击实特性、压缩特性、强度特性以及影响因素,在列车重复荷载作用下的动力特性,论证了水泥改良黄土作为高速铁路路基基床底层填料的可行性。     

二灰改良风积土动力特性试验

在一系列室内动三轴试验的基础上,研究了二灰(石灰、粉煤灰)改良风积土在不同固结围压、固结比、掺灰比和振动频率条件下的动强度特性。通过试验和计算分析,在力学性质较差的风积土中掺入石灰、粉煤灰,其动强度明显提高,且主要表现为动粘聚力增加。其中,尤以掺灰比(石灰∶粉煤灰∶风干土)10∶20∶70,13∶27∶60的石灰粉煤灰土改良效果更为明显,其饱水动强度相对于素土而言提高近2～3倍以上。随着振动频率的升高,二灰改良风积土动剪应力呈现下降的趋势。     

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%。      

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。     

大掺量粉煤灰淤泥固化土的强度与耐久性研究

基于传统水泥和石灰固化处理方法,提出了利用大掺量低钙粉煤灰、水泥和石灰固化剂进行淤泥固化处理的方法,以期改善淤泥的强度和耐久性,达到淤泥和粉煤灰双重资源化利用的目的。通过一系列室内试验,探讨了该方法处理后固化淤泥的击实特征、强度特性、水稳性和耐久性。试验结果表明：淤泥固化后最优含水率有所降低、最大干密度则略有增加;弹性模量、无侧限抗压强度和抗拉强度均有不同程度的增加,水泥掺量越大,养护时间越长,强度和弹性模量越大;固化后淤泥水稳性得到明显改善;浸水软化和冻融循环导致固化土抗压强度显著劣化,冻胀融缩导致设计混合料的无侧限抗压强度减小约22%。     

重塑石灰土的强度恢复方法与机制初探

石灰稳定土工程翻修改造后会产生大量的石灰土弃渣,为避免污染环境和节约工程投资,需重新利用破碎的石灰土进行填筑。但石灰土破碎后强度急剧降低,需要添加胶凝材料提升其力学性能。以重塑石灰土为研究对象,通过添加5%石灰或水泥进行再改良,对比分析两种再改良土的强度和压缩性等力学指标,结果表明,石灰再改良土的力学特性优于水泥再改良土。借助粒度分析、电镜扫描、X衍射和热重分析试验手段揭示了石灰再改良土性能优越的内在机制,发现石灰再改良土中的石灰和石灰土团粒能形成很好的胶结;但水泥未能和石灰土团粒形成有效胶结,自身形成了边-面和边-边接触的片状多孔架构。重塑石灰土残存的氢氧化钙是引起水泥再改良土性能劣于石灰再改良土的主要诱因。     

抗疏力固化剂改性黄土进失水能力研究

抗疏力固化剂在我国黄土加固中运用较少,探究抗疏力固化剂是否有利于维持黄土内部干燥状态很有必要。采用抗疏力固化剂对重塑Q3黄土改性,室内开展水滴入渗试验、柔性壁渗透试验、收缩试验及压力膜仪脱水试验,分别探讨抗疏力固化剂掺量对黄土进水、渗透及失水能力的影响。结果显示,随抗疏力固化剂掺量提高,土样斥水性急剧增大,明显优于粉煤灰、水泥、石灰改性土;渗透系数基本不变,水的流通性基本不变;干缩失水过程改性土样含水率及土-水特征曲线毛细作用区曲线斜率均变化不大,黄土失水能力基本不变。结合电镜及压汞试验结果可知,抗疏力固化剂对黄土中大孔隙、中孔隙体积含量影响较小,从而对黄土中水的流通及失去能力影响较少,证明抗疏力固化剂改性黄土斥水性明显提高,而失水能力基本不变,有利于维持黄土内部的干燥状态。     

固化铅污染土的干湿循环耐久性试验研究

在商用高岭土、膨润土与商业黄砂混合物中加入硝酸铅溶液,添加水泥和石灰两种固化剂,采用室内压实制样方法获得固化的铅污染土试样。进行干、湿循环试验,测试固化体的质量损失和无侧限抗压强度等参数随干、湿循环次数的变化规律,评价固化铅污染土的干、湿耐久性。测试结果表明,本试验8种配比的试样都满足干、湿循环的要求;黏土矿物为膨润土的试样干、湿循环耐久性比黏土矿物为高岭土的试样要差;水泥固化土的干、湿循环耐久性要略优于石灰固化土;加入 8 000 mg/kg的铅可略增大土体的抗干、湿循环耐久性。水泥和石灰固化/稳定化重金属污染土时,土体中含水率是保证加固效果的关键参数之一。土体中含水率应能满足固化剂充分水化、水解、火山灰和碳酸化反应之需要。     

The potentials of lime stabilization of lateritic soils

The paper reviews lime stabilization of lateritic soils and shows that all Nigerian lateritic soils from A-1-a soil to A-7-6 soil used in the investigation, improved their engineering characteristics substantially by the addition of lime. The plasticity indices of the soils were reduced whereas the plastic limits increased; the liquid limits increased slightly, the maximum dry density decreased and the optimum moisture content increased. From the results of Durability and CBR tests, only the A-1 soil and A-2 soil have any potential as competent base materials and consequently only these require any further field tests. 6% lime is recommended for these field tests. The other soils that do not qualify for bases may be utilized as sub-base materials.     

粉煤灰与生石灰加固软土的室内试验研究

粉煤灰是一种工业废弃物,与生石灰一样均可用来加固软土地基。笔者进行了粉煤灰与生石灰加固土的室内配方试验,分别将水泥或生石灰与粉煤灰按照不同的比例干拌均匀后,再与不同含水量的软土人工拌和均匀,测定了不同龄期的无侧限抗压强度;分析了石灰加固土强度与生石灰掺入比和龄期的关系及其压缩系数、压缩模量等的变化。并进一步分析了粉煤灰的加固机理,旨在为其进一步的研究和工程应用提供参考。     

GT型土壤固化剂改良土的工程特性研究

GT型土壤固化剂是一种新型的土壤改性加固材料,以高钙灰和脱硫石膏两种工业废料为主要原料,辅以生石灰、水泥、熟石膏、硫酸铝及明矾石等次要成分,采用生石灰消解法除去脱硫石膏中的自由水,按全粉料配料的方法研制而成。按一定掺量向土中掺入石灰和GT型土壤固化剂制成石灰改良土样和固化剂改良土样并进行养护、浸水,对土样进行击实试验、直剪试验、压缩试验和渗透试验。试验结果表明固化剂改良土的击实效果、抗剪强度、压缩性、抗渗透性等工程特性明显优于石灰改良土。分析了GT型土壤固化剂加固土的机理,为进一步的研究和工程应用提供参考。     

用石灰改良高速铁路路基黄土填料化学机理分析

通过分析某高速铁路客运专线路基黄土填料土质改良试验成果,对采用石灰改良黄土的化学机理进行了分析探讨,指出经过改良的黄土能够作为高速铁路路基的填料,土质改良试验的主要任务是确定经济合理的配合比及最佳含水量。     

Effect of Cement Type on the Mechanical Behavior of a Gravely Sand

The behavior of a cemented gravely sand was studied using triaxial compression tests. Gypsum, Portland cement and lime were used as the cementing agents in sample preparation. The samples with different cement types were compared in equal cement contents. Three cement contents of 1.5%, 3.0% and 4.5% were selected for sample preparation. Drained and undrained triaxial compression tests were conducted in a range of confining pressures from 25 kPa to 500 kPa. Failure modes, shear strength, stress–strain behavior, volume and pore pressure changes were considered. The gypsum cement induced the highest brittleness in soil among three cement types while the Portland cement was found to be the most ductile cementing agent. In lower cement contents and lower confining pressures the soil cemented with Portland cement showed the highest shear strength. However, in the same range of cement content, the soil cemented with gypsum showed highest shear strength for highest tested confining stress. For higher cement contents the shear strength of soil cemented with Portland cement is higher than that for the two other cement types for the range of confining pressures tested in the present study. The samples cemented with lime had the least peak and ultimate shear strength and the highest pore pressure generation in undrained tests. Contrary to the soil cemented with lime, the brittleness of soil cemented with gypsum and Portland cement reduces in undrained condition. Finally it was found that the effect of cement type on the shear strength of cemented soils is more profound in drained condition compared to undrained state.     

城市河道淤泥特性及改良试验初探

以南京内秦淮河疏浚淤泥为例,通过土工试验、XRD和X射线荧光光谱试验等方法,研究了城市河道淤泥的物理性质、矿物成分、化学成分等特性。试验结果显示:秦淮河淤泥粘粒含量低、有机质含量极高,矿物成分主要有石英和少量粘土矿物等。为了实现淤泥的资源化处理,运用水泥、石灰无机固化材料对淤泥进行固化改良试验及改性土无侧限抗压强度试验,结果表明随着水泥掺量增加,水泥固化土由塑性破坏向脆性破坏过渡,破坏应变在1.8%~2.2%,而石灰固化土均表现为脆性破坏,且破坏应变小于水泥土,为1%左右。水泥固化土28d强度为670kPa,固化效果优于石灰,但略低于处理一般软土的固化土强度。研究结果对处置城市河道淤泥有一定参考价值。