土体分散性综合判别方法探讨

分散性土具有抗冲蚀能力低、遇水易分散的性质，容易造成路基失稳、堤坝管涌等事故。通常采用双比重计试验、碎块试验、针孔试验和交换性钠离子百分比试验来判别土样的分散性等级。但由于我国分散性土研究时间较少尚未形成统一的标准，不同的鉴别试验往往出现不同的结果，同时各判别试验的等级划分也不完全相同，对土体的分散性等级不能做明确的判别。以吉林乾安地区土样为研究对象，在测定土体性质及矿物组成的基础上，采用不同试验方法对其分散性进行测试，并综合考虑土体性质与分散机理，分别赋予碎块试验、双比重计试验、针孔试验和交换性钠离子百分比试验不同的权重值，同时将碎块试验、双比重计试验、针孔试验方法中的土体分散性等级划分为高分散性、分散性、过渡性、非分散性4种等级。根据碎块试验、双比重计试验、针孔试验和交换性钠离子试验，对各分散等级赋予一定的分值，最后根据权重值和评分综合判定研究土样的分散性等级。该方法可为分散性土体的分散等级综合判定提供相应的借鉴与参考。     

黄河流域内蒙古段砒砂岩风化土微生物矿化改良的试验研究

砒砂岩,一种在黄河中上游广泛分布的特殊岩石,是由砂页岩和泥质砂岩组成的岩石互层,由于成岩程度低、沙粒间胶结程度差、结构强度低,且含有大量黏土矿物,其抗侵蚀能力弱,遇风成沙、遇水成泥,是“泥沙入黄”的重要来源。基于微生物诱导碳酸钙沉积(microbially induced carbonate precipitation,MICP)技术对砒砂岩风化土进行改良加固,以矿化后试样获得良好的强度为目标,结合物性及孔隙结构分析,对含有大量细粒土的砒砂岩风化土进行微生物矿化改良试验的最优方案设计。试验方案中设置12种工况,通过菌液浓度、菌液与胶结液用量比、钙尿摩尔比3个控制要素,对经微生物诱导沉积的碳酸钙晶体的晶型、形貌和尺寸进行人为调控。试验结果表明,当微生物矿化试验中尿素消耗量为0.4 mol时,采用菌液浓度OD₆₀₀值为1.2、菌液与胶结液用量比为1:20、钙尿摩尔比为1:1的试验方案,经微生物诱导的碳酸钙晶体以20～30μm的“方解石-球霰石团聚体”的晶型被沉积,并填充于砒砂岩风化土的孔隙中,使得砒砂岩风化土密实度提高,矿化后试样的孔隙度减小了62.4%,抗蚀能力得到...     

冻融循环对土体分散性的影响及微观机理分析

以吉林乾安地区土样为研究对象,通过对经历不同冻融循环次数的原始土样及改性后土样进行分散性测试和电镜扫描试验,利用MATLAB图像处理软件、CIAS裂隙定量分析程序对土样裂隙进行定量处理,探究循环冻融作用下土体分散性的变化规律与土体裂隙参数之间的关系及其微观机理。结果表明：(1)未经明矾处理的土样分散性随冻融循环次数的增加而增加,经明矾处理的改性土样在有限次(20次)冻融循环条件下分散性不发生变化;(2)冻融循环作用下结构单元体破碎,使土样中细粒含量增加从而使土体分散性增强,同时新形成的裂隙将土体切割成大小不一形状各异的块体,进而加剧了土体的分散性;(3)裂隙参数中,裂隙分形维数与土体分散性等级值相关性较好,裂隙率次之;(4)明矾中的铝离子替代了土颗粒表面的钠离子,增大了土颗粒之间的吸引力,从而降低了土体的分散性,且试样分散性受冻融循环条件的影响较小,因此明矾可作为一种良好的改性剂用于治理季冻区分散性土。     

微生物诱导碳酸钙沉积技术改性黄土结构强度试验研究

我国黄土地区的水土流失和地质灾害问题异常严重,这主要与黄土较差的工程地质性质有关.提出采用微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对黄土进行改性处理,以改善其力学性质.采用喷洒法的方式将制备好的微生物菌液和胶结液依次喷洒在土样表面进行MICP处理,基于贯入试验和碳酸钙含量测定试验,分析不同MICP胶结轮次(3次、5次、7次...     

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。     

基于黏性土分散机制的分散性土化学改性研究

分散性土具有遇水易分散的特性,可导致堤坝等水利工程的冲蚀破坏。基于黏性土分散机制的研究,选用AlCl3• 6H2O、MgCl2•6H2O、CaCl2及CaO作为分散性土的化学改性材料,采用针孔试验和碎块试验对其改性效果进行判别和比较。试验表明,上述改性材料均可将分散性土改性为非分散性土,显著提高土体的抗冲蚀能力。结果说明：在分散性土中掺加高价态阳离子的可溶性盐,通过置换土粒表面钠离子或降低土体碱性,减小颗粒扩散层的厚度,可抑制土体的分散性,从而达到改性的目的;根据黏性土分散机制以及改性试验结果,提出了分散性土化学改性的原则,即改性材料中含有高价态的可溶性阳离子,或改性材料呈酸性,且环境友好,价格低廉,施工方便。     

广西北部湾人造陆域吹填土生物固结试验研究

结合微生物对岩土工程特性影响的研究现状,选取黑曲霉、放射型土壤杆菌及地衣芽孢杆菌3株菌种,首先通过压缩试验研究了不同微生物菌种及其培养液掺入土样后对土样固结特性的影响情况,然后借助矿物和化学成分分析及土粒比表面积测定等手段,初步探索微生物改良吹填土机制。研究表明,掺入微生物菌种及其培养液后土样的压缩系数av1-2均有降低,压缩模量Es1-2均有增加,最大降幅和升幅分别为29%和37%;土样的矿物成分没有改变;土中高价阳离子明显减少,但这不是造成土体压缩特性变化的主因;掺入放射型土壤杆菌、地衣芽孢杆菌后土样土粒的比表面积分别增大到1.49倍、1.45倍,菌株改变了土颗粒间的连接状态,从而导致土体颗粒的增多或者土体结构的变化。     

微生物诱导碳酸盐在土体加固中的应用进展

微生物矿化是近年来在土体改良工程发展起来的一个新分支,主要研究微生物活性在改善土体颗粒特性方面的应用。微生物诱导碳酸盐沉积（MICP）是实现土体生物胶结最常用的方法之一,该技术借助脲酶菌的代谢行为诱导碳酸钙,将松散的砂颗粒胶结成整体,从而提高了土体的力学性能。文章系统性地介绍了MICP研究中的脲酶菌矿化机理、相关处理方法、影响因素、衍生新工艺脲酶诱导碳酸盐沉积EICP及MICP技术在岩土领域的相关现场试验,并对MICP的实用性进行了总结,最后简要讨论了现研究阶段MICP工程应用所面临的挑战和潜在解决方案。     

分散土分散性影响因素及其判别方法初探

分散土遇水分散的特性是造成分散土地区堤坝、渠道边坡、道路边坡被冲蚀和管涌破坏等的重要原因,开展土体分散性判别工作是分散土地区进行工程建设的重要前提。首先通过针孔试验、碎块试验等对分散土进行判别,随后基于扫描电镜、X衍射等试验,研究分散土的分散机制及微观结构,分析土体分散的主次要影响因素。针对标准吸湿含水率与土体矿物成分蒙脱石含量具有较强线性关系的情况,大数据总结典型分散性黏土的蒙脱石含量与pH值分布特点,提出基于标准吸湿含水率+p H值测试的土体分散性的综合判别法,并给出相应的判别指标及判别程序,最后采用工程实例进行了验证。结果表明：具有一定的蒙脱石含量以及较高的p H值赋存环境是土体具备分散性的物质基础和环境保障;若土体中的蒙脱石含量≥10%且pH≥8.5,则可判断为分散土;不在此区间的土料仍需采用土的分散性判别方法及野外调查结果来综合判断土的分散性。     

基于生物诱导碳酸钙沉淀的土体固化研究进展

基于微生物或脲酶诱导碳酸钙沉淀（MICP/EICP）的土体固化技术是近年来岩土和地质工程领域的研究热点之一。在系统回顾基于生物诱导碳酸钙沉淀的土体固化技术发展历程的基础上,重点阐述了MICP/EICP固化机制、土体孔隙结构、菌液和脲酶性质、胶凝液性质和固化方式等方面对碳酸钙特性影响的研究进展。研究结果表明：土体孔隙越小,越不利于微生物或脲酶入渗,固化均匀性越差;土颗粒接触点越多,可为碳酸钙提供的沉积点位越多,碳酸钙与土颗粒间的黏结和桥接作用越强,固化效果越好;一定菌液或脲酶浓度或脲酶活性范围内,碳酸钙的生成速率和生成总量随浓度及活性的增大而增大,但过高的浓度或活性易导致碳酸钙生成速率过快,从而在土体注入端发生堵塞;低浓度胶凝液得到的碳酸钙晶体更小,在土体中的分布更均匀;采用合适的注浆饱和度可提高具有黏结作用的碳酸钙的占比;采用多层交替注入或单相低pH值注入可提高碳酸钙在试样中分布的均匀性。基于碳酸钙沉淀特性的影响因素,提高固化土体的均匀性,验证其耐久性,室内试验结果在现场尺度的适应性和改进方案应该成为以后研究的重点。     

基于不同改性方法的分散性黏土处治试验研究

分散土的改性和利用是岩土工程的热点和难点问题,传统的方法是利用石灰改性,具有成本高、破坏环境等不利影响,亟需探索新的处治材料与技术。采用铝化合物和传统特殊土改性剂(石灰)分别对中国东北地区某均质大坝典型分散性黏土进行处治,研究不同类别、不同掺量的改性剂对分散性黏土物理化学性质、分散性及力学性质的影响,通过扫描电镜等微观试验,研究铝化合物改性分散性黏土的微观机制和改性机制。研究结果表明,当石灰掺量达到1%～3%、铝化合物掺量达到(2～4)×10~(-4) mol/g时,两者均具有较好的改性效果,且均能提高分散性黏土的抗剪强度;石灰对土样的颗粒组成没有显著影响,随着石灰掺量的增加,分散土的p H值增大,分散性得到有效抑制;在对土样产生团聚、胶结等作用方面,铝化合物可以改变土样的颗粒组成,能有效地降低土样的酸碱度,亦能达到优良的处治效果。与石灰改性分散性黏土相比,铝化合物具有环境友好、施工方便能够实现原位处治等优点,在实际工程中具有较高的应用价值。     

基于不同改性方法的分散性黏土处治试验研究

分散土的改性和利用是岩土工程的热点和难点问题,传统的方法利用石灰改性,具有成本高、破坏环境等不利影响,亟需探索新的处治材料与技术。采用铝化合物和传统特殊土改性剂（石灰）分别对中国东北地区某均质大坝典型分散性黏土进行处治,研究不同类别、不同掺量的改性剂对分散性黏土物理化学性质、分散性及力学性质的影响,通过扫描电镜等微观试验,研究铝化合物改性分散性黏土的微观机制和改性机制。研究结果表明,当石灰掺量达到1%～3%、铝化合物掺量达到(2～4)×10~(-4) mol/g时,两者均具有较好的改性效果,且均能提高分散性黏土的抗剪强度;石灰对土样的颗粒组成没有显著影响,随着石灰掺量的增加,分散土的pH值增大,分散性得到有效抑制;在对土样产生团聚、胶结等作用方面,铝化合物可以改变土样的颗粒组成,能有效地降低土样的酸碱度,亦能达到优良的处治效果。与石灰改性分散性黏土相比,铝化合物具有环境友好、施工方便能够实现原位处治等优点,在实际工程中具有较高的应用价值。     

脲酶矿化作用机制及其提升仿古黏土砖瓦阻水性能研究

脲酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）是岩土工程古迹和土遗址加固领域具有广阔发展前景的前沿技术。然而,关于脲酶矿化作用机制的研究鲜有报道。以试管试验模拟脲酶矿化过程,研究不同底物浓度、不同镁离子浓度、不同铵根离子浓度对脲酶矿化过程中电导率、酸碱度、碳酸钙沉淀量及沉淀率变化的影响规律,从而揭示脲酶矿化强化及劣化机制,并对个别机制作用下的砖瓦试件进行吸水率、透气率及风蚀试验。结果表明：随着底物浓度的升高,电导率逐渐升高但曲线演变趋势基本不变,pH值变化不显著,沉淀量先升高再降低,沉淀率逐渐降低,其中脲素水解速率和脲酶活性是碳酸根的转化及提高沉淀量和沉淀率的关键;随着氯化镁浓度的升高,沉淀量先增加后降低,沉淀效率逐渐升高,除了生成碳酸钙外,还生成碳酸镁,镁离子在提高脲酶活性从而形成最优矿化效果上具有积极作用;随着氯化铵浓度的增加,电导率逐渐升高,p H值逐渐降低,铵根是导致脲酶活性、沉淀量及沉淀效率劣化的主要原因。吸水率、透气率及抗风蚀性能试验结果突出脲酶诱导碳酸钙沉淀技术用于古迹建筑保护的可行性,为将来实际应用和技术拓展提供数据和理论支持。     

Si/Ca复合体系改性分散土的崩解特性及作用机制研究

分散土具有遇水分散流失的特性,在工程实践中常采用石灰、水泥等进行改性,但存在环境污染等问题。选取纳米硅溶胶和氯化钙组成Si/Ca复合体系作为分散土的改性材料,采用针孔试验、泥球试验、分散崩解试验研究改性效果,通过物理化学性质等试验分析作用机制。试验结果表明,单一纳米硅溶胶在25%掺量下可完全消除分散性;单一氯化钙在0.40%掺量下可完全消除分散性;1%纳米硅溶胶与0.05%氯化钙组成的Si/Ca复合体系可完全消除土体分散性,有效减少单独使用两种材料的掺量。纳米硅溶胶改性土的崩解过程与分散土存在差异,其最终崩解时间较短,且崩解速率更稳定;与氯化钙共同作用时,最终崩解时间进一步缩短,崩解速率增大。Si/Ca复合体系改性分散土的作用机制包括降低土体的交换性钠离子百分比和pH、形成水化硅酸钙等。研究表明,由纳米硅溶胶和氯化钙组成Si/Ca复合体系可有效改性分散土。     

非饱和土的本构模型研究

引用平均土骨架应力的概念,研究推导出非饱和土的刚度参数随吸力变化而变化的关系式,进而推导得到用平均土骨架应力表述的非饱和土LC屈服面函数以及硬化规律。从土力学原理推导,得到土样由于在净应力和吸力作用下产生体积变形引起土样饱和度变化的关系式。由平均土骨架应力推广,得到三轴应力状态的椭圆屈服函数,这一非饱和土本构模型的优点在于考虑了应力作用后土样饱和度的变化,通过对已有试验数据的初步验证,表明提出的非饱和土本构模型的合理性和适用性。     

颗粒运移对蒋家沟土体渗透性影响的试验研究

对蒋家沟流域泥石流源区两种分散性不同的土(G1土具有强分散性,G2土无分散性)进行室内土柱自滤试验,研究了土柱在常水头(水头为5 cm)渗流过程中颗粒运移对土柱不同部位渗透性的影响。入渗液采用了煮沸过的清水与浓度为1 g/L的悬浮液(悬浮颗粒的粒径范围为1.6～104.74μm)。在清水渗流过程中,两种土样的入口处土层渗透性随着时间而增大,出口处土层的渗透性先增大后减少。在悬浮液渗流过程中,两种土的各土层的渗透性都有下降趋势,但在入口处土层最为显著,G1土样下降了一个数量级以上,G2下降了近两个数量级,且G2土所用时间较G1土短,即G2土的渗透性减少速率更加明显;两土柱中渗透流量都有显著减少。研究表明:土体的分散性在颗粒运移过程逐渐占主导地位,即强分散性土自身颗粒的运移明显,能抵消一部分外来颗粒的积聚堵塞作用。从试验结束后土柱的外观图像观察也发现,入渗的悬浮颗粒在土柱的各个位置都有分布,但主要沉积在入口处,这与土柱各层渗透性的变化相吻合。此外,两种土流失的颗粒都只是集中于渗流的开始阶段,流失颗粒粒径范围集中在数微米至数十微米之间。     

确定渗析平衡时间的数值模拟方法

渗析法是一种测量非饱和土基质吸力的重要方法,而测量结果是否准确,控制渗析的时间非常重要。基于有限元数值分析软件SEEP/W,建立渗析法的数值模型,分析渗析的试验过程,研究溶液吸力、土样水力参数、初始重力含水率、初始干密度以及土样大小等因素对吸湿条件下非饱和黏土渗析平衡时间的影响。结果表明,随着渗析时间的增加,土样与溶液之间的吸力差逐渐变小,渗析过程变慢;试验用土样不宜过大,对于较小土样,多数条件下土样的渗析平衡时间约为1.5~8.0 d;当溶液吸力较大或土体饱和渗透系数较小时,渗析平衡时间大大增加;渗析平衡时间随土-水特征参数a、n、饱和渗透系数、初始含水率及干密度的增大而减小,随饱和体积含水率的增加而增加。     

微生物拌和加固钙质砂渗透特性试验研究

吹填钙质砂是岛礁工程中常见的地基土,其所处的海洋环境对其渗透性和抗渗透破坏能力提出一定要求。微生物与钙质砂拌和的方法,有可能将微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术与吹填工艺结合,以期在吹填过程中完成对地基土的预处理。通过对不同密实度的钙质砂进行微生物固化前后的渗透试验,探究微生物拌和固化方法改善钙质砂渗透性和抗渗透变形性能的效果。结果表明,拌和方法可以使松散钙质砂的渗透系数降低至密实砂同等水平,其抵抗渗透破坏的临界水力坡降也大幅提高,破坏形式由管涌变为流土。     

乙酸和碳酸对粘土土工性状影响的试验

对加入不同浓度乙酸和碳酸的土样做室内土工试验,并进行机理分析。试验结果表明:乙酸根、碳酸根通过改变粘土颗粒双电层的厚度、极性水分子的吸附量,使土的结构发生凝聚或分散,引起压实粘土的塑性、渗透性等变化。其中,乙酸根是通过溶解粘土矿物中的铝,提高了粘土的渗透系数和塑性指数;而碳酸根是以其与金属离子发生化学反应生成难溶性碳酸盐的方式,降低了粘土的渗透系数。这为判断垃圾堆放场粘土衬垫工程的稳定性提供了依据。     

冻融循环对钙剂改良土体分散性效果的影响

分散性土的水稳性极差,易形成管涌、洞穴、冲沟等破坏,季冻区土体在冻融循环过程所发生的冻胀融沉作用可能会增强土体的分散性。为了研究不同钙剂对土体分散性改良效果及冻融循环对改良效果的影响,先采用氧化钙和氯化钙两种钙离子剂对吉林西部地区分散性土体进行改良,确定最佳掺量后进行冻融循环试验;再分别通过分散性鉴定试验、无侧限抗压强度试验及微观结构试验探讨冻融循环对土体分散性改良效果的影响。试验结果表明,氯化钙对吉林西部土体分散性的改良效果优于氧化钙,氧化钙改良分散性土的最优掺量为1.6%,氯化钙改良分散性土的最优掺量为0.4%。冻融循环试验采用掺量为0.4%的氯化钙改良土。氯化钙改良土在经历不同次数的冻融循环后仍为非分散性土,其无侧限抗压强度在冻融循环次数0～5次有明显下降,但在冻融循环超过10次后下降趋势变缓且抗压强度基本保持在60 kPa;通过观察掺量为0.4%的氯化钙改良土在不同冻融循环次数的扫描电镜图像,推测冻融循环10次后其裂隙和孔隙的状态已趋于稳定。上述试验结果说明氯化钙可作为一种良好的改良剂对季冻区土体的分散性进行改良。