疏浚淤泥固化土的压缩特性与结构屈服应力

河道疏浚拓宽以及港口新建扩建等不可避免地产生大量疏浚淤泥,如何处置大量废弃淤泥是工程界关注的一个重要研究课题。固化方法是目前处理疏浚淤泥的常用方法,其目的是将废弃淤泥处理成土工材料加以利用。处理后的淤泥固化土作为工程建设用土必须考虑其工程力学性能。为了研究疏浚淤泥固化土的压缩性状与结构屈服应力,进行了多组不同配比下淤泥固化土的压缩试验。通过室内一维压缩试验,研究了高含水率疏浚淤泥固化土的压缩性状,探讨了固化材料掺量、初始含水率、龄期等对固化土压缩变形特性和结构屈服应力的影响。压缩试验结果表明:与许多天然沉积结构性土及水泥土类似,疏浚淤泥固化土的压缩曲线均存在一个明显的结构屈服点。当上部荷载小于结构屈服应力之前,固化土的压缩性很小; 一旦上部荷载超过结构屈服应力之后,固化土的压缩性急剧增大。分析了淤泥固化土结构屈服应力的影响因素,并将由一维压缩试验得到的结构屈服应力(Py)与由无侧限抗压试验确定的抗压强度(qu)进行了比较,给出了两者之间的定量关系。疏浚淤泥固化土在屈服前后的压缩性状差异很大,这一研究成果对工程应用很有指导意义,当上部荷载较低时,可以充分利用其屈服前的低压缩性,但应确保上部荷载不能超出其结构屈服应力,以避免固化土在缺乏预兆的情况下发生突然破坏。     

镁质水泥固化淤泥一维压缩特性研究

采用低碳、环保的镁质水泥对淤泥进行固化处理,结合一维压缩试验研究了不同龄期下固化淤泥的压缩特性。首先开展了不同养护龄期下镁质水泥固化淤泥一维压缩实验,结果表明:固化淤泥的e-p曲线与淤泥变化趋势类似,而且随着养护龄期的增加,固化淤泥的孔隙比e逐渐减小。因此,镁质水泥对固化淤泥的孔隙有很好的填充效果。与此同时,固化淤泥的压缩系数随养护龄期呈指数减小趋势,根据压缩系数与龄期之间的函数关系,对太沙基一维固结理论进行修正,建立符合镁质水泥固化淤泥压缩特性的一维固结模型。     

固化淤泥三轴试验研究

对不同水泥掺加量固化淤泥进行了固结不排水(CU)三轴剪切试验,对固化淤泥的破坏模式和抗剪强度参数进行了分析。试验结果表明：应力-应变曲线随着水泥量增加由理想弹塑性向应变软化型转变;当水泥量为50 kg/m3时,随固结压力的增加应力-应变曲线有理想弹塑性、应变软化和应变硬化三种类型;当水泥量高于100 kg/m3时,试样都呈脆性破坏模式。淤泥经水泥改良后成为一种结构性土,固结压力在小于试样结构屈服应力时对抗压强度影响不大。有效粘聚力随水泥量的增加呈较大的增长趋势,而有效内摩擦角分布在32o~42o,表明水泥固化淤泥的作用主要是提高土颗粒间的胶结,而填充孔隙的作用较弱。     

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。     

土结构性对天然软黏土压缩特性的影响

天然软黏土普遍受到土结构性的影响,明确结构性对软黏土压缩特性的影响机制显得尤为重要。对两个天然软黏土原状样进行室内一维固结试验,得到的压缩曲线与已有文献中搜集的39个原状样压缩曲线进行比较。压缩曲线在对数坐标下均呈现倒S形,并存在明显的结构屈服压力。采用双对数坐标处理后,压缩曲线可由双直线较好地表示,易于确定固结屈服压力。41个原状样屈服后的压缩指数和屈服点含水率之间的定量关系,与基于重塑土定量公式计算的压缩指数与固结屈服压力下重塑土含水率的定量关系相一致。对比结果表明：天然软黏土屈服后的压缩特性取决于屈服时的含水率,而与土结构性无关,解释了天然土压缩曲线位于重塑土上方是由于对应屈服点含水率不同而引起的。     

3种因素影响下固化废弃淤泥的微观特性研究

为揭示初始含水率、固化剂掺量和龄期3种因素对固化废弃淤泥力学性质影响的本质,以硫氧镁水泥固化废弃淤泥为研究对象,开展了不同含水率（w）、固化剂掺量（Wg）和龄期（T）条件下固化淤泥的电镜扫描试验,利用图像处理软件研究了固化淤泥的微观接触面积率（RCA）、平均丰度（Cm）和分形维数（D）受含水率、固化剂掺量和龄期的影响规...     

处置库污泥工程特性测试研究

对某填埋场污泥库中取样的污泥进行了岩土工程特性测试,包括有机质含量、含水率、界限含水率、颗粒级配、渗透系数、压缩固结特性及抗剪强度等。试验结果表明,与常规淤泥相比,污泥库中经一段时间降解后污泥有机质含量及含水率较高,平均值分别为45%和520%;污泥在历时2 a的生物降解作用下,污泥含水率、有机质含量沿深度呈较为明显的减少趋势;污泥具有极高的压缩性,压缩系数a100-200高达7 MPa-1;污泥的固结表现为非线性大变形特性,其固结系数在10-5～10-6 cm2/s,比淤泥低1～2个数量级,固结系数随压力的增加而显著减少;污泥的抗剪强度参数较小,其黏聚力为0,内摩擦角为14.7°。有机质含量高是污泥高含水率、高液塑性指数、高压缩性,低渗透性、低固结系数及低抗剪强度的本质原因。以上成果可为污泥库的固化处置、稳定分析等提供必要的参数。     

原状黄土的压缩曲线特性

原状黄土是一种具有结构强度的欠压密土,其侧限压缩变形特性区别于一般土。为研究原状黄土侧限压缩变形的共性,对西安、兰州6个场地不同含水率的原状Q3、Q2黄土进行了侧限压缩试验,得到了相应场地不同含水率原状黄土的压缩曲线,分析了其压缩曲线的形态,通过曲线对应的压缩屈服应力及初始孔隙比,将各黄土不同含水率下的压缩曲线归一化为同一曲线,且形成时代相同的黄土归一化曲线位置相同,并利用复合幂?指数模式分别描述了Q3、Q2黄土归一化的曲线。将文献中试验黄土的初始孔隙比与压缩屈服应力代入归一化曲线的表达式,计算得其压缩曲线和压缩性指标。经对比,与文献实测压缩曲线及压缩性指标很接近,验证了黄土压缩曲线的归一化特性并对其进行了应用。结果表明：试验黄土压缩曲线具有可被其初始孔隙比和压缩屈服应力归一化的特性,此特性为黄土侧限变形性质的分析提供了一条便捷的途径。     

钙质粉土的固结特性试验研究

由于水力吹填的分选作用,南海吹填珊瑚礁地基中含有厚度不均的细颗粒钙质粉土夹层。相比粗颗粒礁砂而言,钙质粉土的压缩性高、承载力低、沉降变形大,对建筑物安全造成不利影响。通过室内固结试验,查明了钙质粉土的压缩特性,揭示了钙质粉土的主固结沉降量、次固结沉降量、固结时间和固结速率特征,为更好地了解钙质粉土的工程性质和珊瑚礁地基沉降计算提供科学依据。试验结果表明:钙质粉土压缩系数在0.03～0.37 MPa~(-1)之间,压缩模量在6.67～54.79 MPa之间;压缩系数与含水率成正比,与干密度成反比。其中,含水率小于15%的中密和密实钙质粉土的压缩系数小于0.1MPa~(-1),压缩模量大于20.0 MPa,属于低压缩性土;松散的钙质粉土均属于中压缩性土。与相同干密度和含水率的石英砂相比,石英砂的压缩系数比钙质粉土大,即钙质粉土比石英砂压缩性更低;与相同干密度和含水率的杭州湾粉土相比,两者均属于中压缩性土,但钙质粉土的压缩模量比杭州湾粉土略大,压缩系数略小;当荷载大于200 k Pa时,钙质粉土在固结试验前5 h固结度达到了0.95,因此,建议钙质粉土的固结试验在荷载小于200 kPa时固结时间仍取24 h,当荷载大于200 kPa时取5 h,此举将大大节省测试时间,提高测试效率。     

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%。     

Yielding and shear behaviour of cement-treated dredged materials

The mechanical behaviour of three cement-treated dredged materials (DM) was studied in the laboratory by isotropic compression and undrained triaxial tests. The intrinsic properties of the untreated and reconstituted soil were used as a reference framework to interpret the effect of cementation on the mechanical behaviour of the cement-treated DM. The isotropic compression line of the reconstituted soil is termed the intrinsic normal compression line (INCL). It is found that the isotropic compression lines of the cement-treated DM lie above the INCL, i.e. the void ratio of the cement-treated soil is higher than that of the reconstituted soil for a given confining pressure. The yield stress measured from the isotropic compression tests increases with increasing cement content and curing time. The pre-yield and post-yield shear responses of the cement-treated DM are different. Pre-yield soil specimens show a tendency to dilate, but post-yield soil specimens show a tendency to contract. Failure envelopes of the cement treated DM lie above that of the reconstituted DM. Linear Mohr–Coulomb failure envelopes were observed for the range of applied stress used in the study. The cohesion intercept increases with increasing cement content and curing time. The strength enhancement of the cement-treated DM is the result of the structures developed during cementation process. Based on a recently proposed soil water transfer model, the change in normalised bound water content, (Δm_bw)_N, is used to evaluate the combined effects of cement content and curing period on the mechanical behaviour of the cement-treated DM. It is found that there exists a threshold value of (Δm_bw)_N, beyond which the yield stress and cohesion intercept increases nonlinearly with increasing (Δm_bw)_N. The threshold value is equal to 0.37 for the three DM used in the study.     

滇池固化淤泥重塑土的重塑时机及强度恢复特性试验

采用无侧限抗压强度试验和直剪试验,从单轴抗压强度、黏聚力、内摩擦角的角度探求了淤泥固化土重塑时导致的强度折减和重塑后土的强度恢复特性,并分析了重塑前养护龄期（T_前）、重塑后养护龄期（T_后）、水泥掺灰比（a_c）的影响。试验结果表明,重塑时机的选择对淤泥固化土的强度折减程度有显著的影响：T_前越长,破碎过程带来的强度折减越严重,且大致满足a_c越大、强度折减越严重的规律。从强度恢复特性来看：小水泥掺灰比的固化淤泥土经过T_后,其强度恢复较好;大掺灰比的重塑土其强度则较难恢复至固化土的水平,T_前越长,强度恢复越不利。从而得出了大掺灰比固化土宜早重塑,小掺灰比的重塑时间可适当延长的规律。     

初始含水率对水泥固化淤泥效果的影响

通过室内调配不同初始含水率的淤泥,研究了初始含水率对水泥固化效果的影响。研究发现,固化淤泥的无侧限抗压强度随淤泥含水率的增加呈乘幂关系下降,随着初始含水率的增加,固化淤泥的塑性增加,破坏应变增加,而黏聚力降低。随着初始含水率的增加,水分过多导致水化产物在单位体积中的数量较少,难以形成整体强度。在实际工程中,应在满足固化搅拌的施工要求下,尽量降低淤泥的初始含水率以取得较好的经济效益.     

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。     

水泥固化重金属污染土的强度特性试验研究

土体受到重金属离子污染后,会引起土的工程性质的改变,重金属离子的渗出也会给周围环境带来严重的危害。在国外,目前常采用水泥固化技术来处治重金属污染土;而在我国,这方面的研究成果还很少。主要通过系统的室内试验和理论分析,研究了在不同污染物掺量、污染物类型、水泥掺量以及养护龄期条件下固化污染土的强度特性。试验结果表明,金属污染物的存在会导致土体无侧限抗压强度较小幅度的降低,但随着水泥掺入量及养护龄期的增加,土体强度会有显著提高。试验结果还发现,不同的污染物类型及掺入量对固化污染土强度存在不同的影响,NaCl能促进水泥固化土早期强度的提高,而CuCl2和AlCl3则会阻碍水泥与土的固化反应。     

水泥-磷石膏双掺固化处理高含水率疏浚淤泥试验研究

在传统水泥固化处理方法的基础上,提出用水泥-磷石膏双掺固化处理高含水率疏浚淤泥的方法,以期达到以废治废,将废弃高含水率疏浚淤泥经济合理转化为良质土资源的目的。系列室内试验的结果表明,磷石膏对疏浚淤泥固化土的增强效果显著,并存在一最佳掺量,最佳掺量随淤泥初始含水率增大而增大,水泥-磷石膏双掺固化土的应力-应变曲线表明,其破坏应变一般在2%～3%左右,变形系数E50与抗压强度近似呈线性递增关系。     

高含水率疏浚淤泥新型复合固化材料试验研究

基于传统水泥固化处理方法,提出了水泥-生石灰-高分子添加剂新型复合固化材料处理高含水率疏浚淤泥的新方法,以期快速降低淤泥含水率并提高固化淤泥的无侧限抗压强度,拓展水泥固化淤泥的含水率范围,达到高效廉价固化处理高含水率疏浚淤泥的目的。通过系列室内试验,探讨了该方法处理后高含水率淤泥的无侧限抗压强度变化规律以及各材料掺入比对强度的影响规律。研究结果表明,水泥掺入比低于7%的新型固化材料处理初始含水率2倍液限的高液限淤泥,早期强度大于0.5 MPa,28 d强度大于1 MPa;固化淤泥强度随龄期、水泥和生石灰掺入比的增大而增大;给出了考虑多因素多水平的无侧限抗压强度预测公式,预测值与实测值基本一致