离子土壤固化剂改性膨胀土的试验研究

利用离子土壤固化剂（ionic soil stabilizer,简称ISS）对河南安阳地区膨胀土进行化学改性试验研究,通过不同配比的自由膨胀率试验结果,结合施工成本,得出ISS溶液改良膨胀土的最优配合比为1:350。对ISS溶液最优配合比改性后土体进行收缩试验、膨胀性试验、固结快剪、高压固结及水浸泡试验。试验结果表明,改性土线缩率减小,膨胀性指标降低,抗剪强度增大,土体由亲水性变成憎水性,且能达到较好的水稳定性,即膨胀土经化学改性为非膨胀土。ISS改性膨胀土的机制可解释为,通过ISS溶液与土粒离子进行强烈的交换作用,打开土粒与水分子之间的“电化键”,降低土颗粒表面吸附水膜厚度,包裹在黏粒颗粒表面的疏水基团覆盖膜使土对水的敏感性减弱,从根本上减少了土体吸水性和膨胀性。     

离子土固化剂固化淤泥的微观机理研究

采用离子土固化剂对武汉典型淤泥进行化学加固,通过阿太堡界限试验获得不同配合比加固土的塑性指数;对离子土固化淤泥前后的样品开展了压缩性能、微观结构、比表面积、化学成分、能谱分析和阳离子交换等试验,研究离子土固化剂对淤泥加固的宏观表现与微观作用机理。试验结果表明:经离子土固化剂处理后的淤泥压缩性减小,孔隙变小,离子土固化剂促使土颗粒之间聚集、凝结,团聚体明显增大,比表面积减小,比表面能降低,土体结构更致密。淤泥固化前后其化学成分并没有发生改变,离子土固化剂与淤泥胶体颗粒表面的反离子层发生了阳离子交换反应,固化剂稀释液中部分K+、Na+离子被淤泥土截获吸附,黏土颗粒表面的Ca2+、Mg2+离子被解析出,使扩散层厚度变薄,ξ电势降低,黏土胶体颗粒聚结,提高了土颗粒之间的联结强度和稳定性,从而达到土壤改性加固的目的。     

复合型早强土壤固化剂固化淤泥强度特性研究

淤泥是一种工程性质极差且难以快速固化的土体,通过无侧向抗压强度试验、固结排水三轴剪切试验、微观测试和压汞试验等研究了复合型早强土壤固化剂（composite rapid soil stabilizer,CRSS）固化淤泥的强度发展规律和固化剂掺量对强度的影响,初步探讨了强度增长的微观机制。研究结果表明：CRSS固化淤泥强度随养护龄期呈对数发展规律提高,早期强度发展迅速,养护1 h无侧限抗压强度即可达到3 MPa;随固化剂掺量增加,固化淤泥三轴剪切应力-应变曲线由应变硬化型逐渐向应变软化型发展,破坏偏应力和黏聚力呈线性增大。微观结构表明固化剂水化产物可胶结土颗粒、填充土体孔隙,增强土体整体性;压汞试验结果则进一步通过最可几孔径的联系揭示了固化淤泥黏聚力随固化剂掺量增大而线性增大的机制。CRSS固化淤泥具有显著快硬高强优势,可为抢险救灾、应急道路抢通等淤泥快速固化应用提供理论基础。     

土的组成、结构与固化技术

在对土的组成及其结构进行深入分析的基础上 ,认为土固化基本原理就是强化土颗粒间结构连结 ,改善颗粒接触 ,提出由化学作用而形成的同相接触是提高粘土体系强度的关键技术 ,并总结了土固化的几个重要技术途径。对目前采用最多的土固化方法———土壤固化剂法进行了分析 ,对几类土壤固化剂及其机理进行了阐述。对固化土收缩开裂、水稳定性和抗冻性等几个影响固化土耐久性的主要因素进行了分析探讨     

SH固土剂对滨海盐渍土的固化作用评价

为评价SH固土剂的固化作用及对盐渍土的固化效果,分别完成了固化前后蒙脱石、高岭石、石英砂、盐渍土的X射线衍射与红外光谱测试、4种固化土的实体显微镜和偏光显微镜观察、固化前后盐渍土的扫描电镜微观观察,以及固化盐渍土的力学性能测试与冻融实验。实验结果表明:4种固化土的X射线衍射谱图和红外光谱图与固化前的吻合;各固化土的矿物成分没有发生改变,SH固土剂的官能团与黏土矿物均未发生化学键的结合,没有生成新相物质;SH固土剂干燥后形成弹性立体丝网,将土颗粒黏结在一起,提高了固化土的强度;固土剂填塞部分孔隙,减小了土的孔隙度;SH固土剂包裹土颗粒,增强了土的憎水性。固化盐渍土的力学性能测试和冻融实验结果证实,掺加SH固土剂提高了土的强度与抗变形性能、水稳性、抗渗性和抗冻融性能。SH固土剂与黏土矿物及盐渍土未发生化学反应,固化土力学性能的提高为固土剂的物理作用所致。     

考虑固化剂掺量影响的镁质水泥固化土非线性本构模型

为准确描述不同固化剂掺量W_g下镁质水泥固化土的力学特性,通过开展不同W_g下固化土的室内试验,提出了镁质水泥固化土的非线性本构模型。采用新型环保的镁质水泥复合固化剂加固淤泥,并对不同W_g下的镁质水泥固化土进行扫描电镜(SEM)试验、一维压缩试验和不排水三轴试验。结果发现:镁质水泥固化土具有显著的结构性,且随着W_g的增加,结构屈服应力越大,水化产生的胶凝材料增加了土颗粒间的黏结力,水化产物逐渐填充土体孔隙,镁质水泥固化土的应力-应变曲线由加工硬化型逐渐转变为加工软化型。根据试验结果,提出了一个能涵盖固化剂掺量影响并能实现应力-应变关系转型的镁质水泥固化土本构模型。算例验证该本构模型预测结果与试验结果比较吻合,能较好预测任意W_g下镁质水泥固化土的应力-应变关系。     

基于黄土物理化学性质变化的固化土强度影响因素分析

基于黄河中游地区黄土自西北向东南分布变化的规律,研究黄土的物理化学性质和矿物成分对水泥基土壤固化剂固化土无侧限抗压强度的影响。试验结果表明：随着黏粒含量的增加,固化土的强度先降低后增加,其中黏粒含量17.0%是分界点;随着碱度的增加,固化土的强度增加;蒙脱石的加固效果好于伊利石,在以伊利石为主的土中,随着伊利石含量的增加,固化土的强度升高;随着阳离子交换总量的增加和交换性钠离子百分比的降低,固化土的强度增加。研究表明,黄土的物理化学性质不同是水泥基土壤固化剂土质适宜性产生的主要原因;黄河中游地区自西北向东南加固土的强度具有增大的规律性     

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。     

离子固化剂改性蒙脱土水合-孔隙关联演化机制

以天然钙蒙脱土为研究对象,采用不同浓度的离子固化剂对其进行改性处理,开展素土与改性蒙脱土在相对湿度（P/P0）0～0.95区间的水汽等温吸-脱附试验,通过吸附速率曲线、晶层间距d001值变化曲线分析蒙脱土水合机制,并采用蒙脱土孔隙比变化曲线关联分析水合-孔隙演化规律,提出不同尺度孔隙吸附水的界限相对湿度区间。在此基础上,基于X射线衍射(XRD)、氮气吸附以及压汞试验对离子固化剂改性蒙脱土水合过程的孔隙分布特征进行验证分析。试验结果表明：对于钙蒙脱土,00.8～0.9时,黏土颗粒表面持续吸附弱结合水,此时大孔内逐渐充填水分。离子固化剂通过改变蒙脱土的微观物理化学性质（阳离子与晶层基面）调控其吸附水特性,进而影响不同尺度孔隙的吸附水过程。     

水泥固化剂提高风积沙承载性能试验

沙漠风积沙稳定性差,采用水泥作为固化剂进行风积沙固化,是改善风积沙性质和实现风积沙资源化利用的有效手段.以取自内蒙古库布齐沙漠的风积沙为材料,制备3％含水量的重塑风积沙,掺入水泥固化剂并充分拌匀而形成固化风积沙,开展水泥固化风积沙的抗剪、抗压和抗拔承载性能试验.结果表明,水泥掺量对固化风积沙黏聚强度的提高程度要大于内摩...     

SLS路堤的稳定性和沉降分析

聚苯乙烯泡沫塑料轻质填土(SLS)路堤是继发泡塑料(EPS)路堤之后发展起来的“不进行地基处理的路堤软基处理方法”。在文献[1]基础上,笔者对SLS路堤进行了稳定分析和沉降计算,并与常规填土路堤的相应成果进行了比较。在此基础上讨论了该类路堤的设计计算方法,作为今后将这种材料进一步应用于工程的技术准备。     

离子类土壤固化剂对高温冻土工程性质改良试验研究

为了研究离子类土壤固化剂对青藏高原高温冻土工程性质的改良效果,分别选用酸性和碱性离子类土壤固化剂对冻结青藏粉质黏土进行了改良测试。塑性指数测试表明,两种固化剂的最优含量为0.2%。固化剂含量小于0.3%时,冻结温度相对原状土样没有明显的下降。对不同含量碱性和酸性固化土力学性质进行了测试,无侧限单轴抗压强度相对原状土样整体增大,碱性和酸性固化土抗压强度最大分别提高了78.7%和46.6%,最优配比（0.2%）的碱性和酸性固化土体积压缩系数随养护龄期增大而减小,两种固化土的体积压缩系数相对原状土样最大分别下降了80.0%和38.5%,固化效果明显。碱性固化土力学性质变化更显著,说明其更适合对青藏黏土进行改良。     

矿渣−粉煤灰地聚合物固化砂土力学特性研究

硅酸盐水泥作为常规的土壤固化剂存在高能耗、高排放等问题,研究人员一直在寻求一种更加经济环保的水泥代替品。使用基于高炉矿渣（ground granulated blast-furnace slag,简称 GGBS）、粉煤灰（ fly ash,简称 FA）的地聚合物对砂土进行加固,通过调整激发剂的种类和配比、矿渣与粉煤灰比例、水灰比和养护条件等,研究不同因素对地聚合物固化砂土力学性能的影响。通过无侧限抗压强度（unconfined compressive strength,简称 UCS）测试、电子计算机断层扫描（ computed tomography,简称 CT ）分析、扫描电子显微镜（scanning electron microscope,简称 SEM）对试样进行了深入研究。结果表明：基于 GGBS-FA 的地聚合物可有效地提高砂土的力学性能;复合激发剂的加固效果优于单组分激发剂;低温不会明显降低地聚合物固化砂土的最终力学性能,仅延缓了地质聚合反应和结构的形成;碱性环境对地聚合物固化砂土的强度有促进作用;酸性环境及长时间暴露在空气中,会降低地聚合物固化砂土的强度。     

土样矿物成分对固化土抗压强度增长的影响

通过人工制备物理力学性质相同而矿物成分不同的土样,考察相同水泥掺量的固化土抗压强度随土样矿物成分的变化,测定相应固化土孔隙液中主要离子浓度,并进行热力学计算,结果表明土样矿物成分,特别是蒙脱石,影响固化土孔隙液中Ca(OH)2的浓度,进而影响固化土抗压强度。在相同的水泥掺量作用下,含蒙脱石的固化土孔隙液中Ca(OH)2不饱和,随着土样中蒙脱石含量的减少,固化土孔隙液中Ca(OH)2浓度增加,水泥水化生成的胶凝性水化物的量也相应地增多,固化土抗压强度增量也随之提高;当固化土孔隙液中Ca(OH)2浓度达到饱和,土样矿物成分基本不影响固化土抗压强度。并在此基础上使用碱性外掺剂调整固化土孔隙液中Ca(OH)2浓度,试验结果表明：使用碱性外掺剂可以改变固化土孔隙液中Ca(OH)2浓度,减小甚至消除土样矿物成分对固化土孔隙液Ca(OH)2浓度的影响,提高固化土抗压强度。     

有机质固化土的强度及微观结构试验研究

通过无侧限抗压强度试验对比分析了有机质含量、水泥和石膏掺量对水泥固化土和XGL2005固化土强度形成规律的影响。分析结果表明,XGL2005固化土的强度均不同程度地高于水泥固化土的强度,而且强度增长也快于水泥固化土。结合抗压强度试验和扫描电镜试验分析了固化土微观结构变化和强度发展之间的对应关系。     

Evaluation of the effectiveness of olive cake residue as an expansive soil stabilizer

The quantity of the by-product olive cake residue generated in most parts of the Mediterranean countries continues to increase and expected to double in amount within 10–15 years. This increase intensifies the problems associated with the disposal of this by-product. Olive cake residue has a potential for use as a soil stabilizer and large volumes can be beneficially used. This study is directed toward determining if olive cake residue can be utilized to increase the strength and stability of expansive soils which constitute a costly natural hazard to lightweight structures on shallow foundations. A series of laboratory tests using engineering properties, such as Atterberg limits, moisture-density relationship (compaction), swell, unconfined compressive strength were undertaken to evaluate the effectiveness and performance of the olive cake residue as a soil stabilizer. Test results indicate that an addition of only 3% burned olive waste into the soil causes a reduction in plasticity, volume change and an increase in the unconfined compressive strength. However, it was observed that the presence of burned olive waste in the soil greater than 3% caused an increase in the compressibility and a decrease in the unconfined compressive strength. Test results indicate that the use of olive waste in soil stabilization gives greater benefits to the environment than simply disposing of the by-product, olive cake residue.     

马家树水库大坝防渗土料分散性判别和改性试验

基于分散性土修建挡水建筑物易受破坏而造成工程安全事故等因素考虑,开展双比重计试验、碎块试验、针孔试验、孔隙水阳离子试验和交换性钠百分比试验,对马家树大坝防渗土料的分散性及其改性措施进行研究。试验结果表明,马家树大坝防渗土料属于低液限黏土,易溶盐和饱和孔隙水溶液中含有大量的钠离子,酸碱度呈强碱性或极强碱性;土样中的黏土矿物主要以伊利石为主,含有少量的高岭石、绿泥石和蒙脱石;分散性试验综合判别土料属于分散性土和过渡性土;石灰剂量为0.25 %时就对分散性土产生显著改性作用。研究表明,黏性土产生分散性的主因是土体中含有较多的钠离子和酸碱度呈强碱性;石灰是一种有效的分散性土改性剂。     

钾盐和磷酸盐对固化土早期强度的影响研究

利用土壤板结原理,通过对硫铝酸盐水泥固化土无侧限抗压强度试验和水稳定性试验,探讨钾盐、磷酸盐对其早期强度的影响规律;通过X射线衍射（XRD）对固化土的物相成分进行了分析,探讨钾盐、磷酸盐影响固化土强度的变化内在机制。试验结果表明,钾盐、磷酸盐对固化土强度提高的阈值为0.6%,当盐掺入量低于该阈值时,固化土强度会随着盐掺量的增加而提高,当盐掺入量超过该阈值时,固化土强度会逐渐降低。盐掺入量不超过2%时,掺盐固化土水稳定性与未掺盐固化土差不多,7 d固化土软化系数基本保持在70%以上,但掺入K2SO4的固化土水稳定性较差,软化系数在60%左右。生成高强难溶具有膨胀性的矿物晶体是掺盐固化土早期强度提高的主要原因,但盐掺入量过高,固化土中矿物晶体过多膨胀作用,破坏固化土结构,而使固化土早期强度降低。