生态酯类材料砂土改良及工程护坡应用

为提高砂土边坡的稳定性并实现生态护坡,采用生态酯类材料——纳米水性黏合剂对砂土进行改良,通过凝胶渗透色谱法和热重法分别对纳米水性黏合剂的相对分子质量及分布、热稳定性等进行了测试与分析;通过设计并开展不同纳米水性黏合剂掺入量条件下砂土的无侧限抗压强度试验和直接剪切试验,研究了砂土的强度改良效果与规律;通过崩解试验和边坡冲刷模型试验,研究了砂土的遇水稳定性和坡面抗冲刷能力的改良效果与规律,并进一步分析了砂土改良及生态护坡机制。结果表明,纳米水性黏合剂能提高砂土的强度、水稳定性及坡面抗冲刷能力。随黏合剂掺入量的增加,砂土的无侧限抗压强度和黏聚力增大,黏聚力的增加幅度可达46%～77%,而内摩擦角变化较小;砂土的崩解系数和峰值崩解速率减小,最大崩解速率出现的时间越发滞后;坡面冲刷率降低约68%～86%。边坡防护工程实际应用效果表明,纳米水性黏合剂的固土效果好,作用时间长,促进植被生长,实现了边坡的长效生态防护。     

瓜尔豆胶固化黄土的工程特性及抗冲蚀试验研究

为了减少暴雨冲刷条件下黄土边坡侵蚀的发生,提出采用瓜尔豆胶固化黄土对边坡坡面进行防护。基于直剪试验、渗透试验以及模拟暴雨边坡冲刷试验,研究了瓜尔豆胶固化黄土的工程特性及抗冲蚀能力,并对比素黄土与固化黄土的微观结构,探讨了瓜尔豆胶对黄土的加固机制。试验结果表明：瓜尔豆胶可有效增强黄土的抗剪强度和抗渗透性,固化黄土的黏聚力...     

聚丙烯纤维加筋对高岭土固结压缩特性影响试验研究

工程中为了改良压实黏土的强度和抗干裂性能,将分散的聚丙烯纤维均匀掺入土体中制成纤维加筋土。利用聚丙烯纤维与高岭土在室内人工拌和并压制成纤维加筋土样,基于一维固结试验研究了控制干密度条件下纤维加筋掺量与长度对加筋高岭土固结、压缩特性的影响规律。研究结果表明,在控制干密度和纤维长度条件下,随着纤维掺量的增加,加筋土的固结系数和压缩模量均先增大后减小;掺量为0.2%时固结系数最大,掺量为0.1%～0.15%时压缩模量最大;在控制干密度和纤维掺量条件下,随着纤维长度的增加,加筋土的固结系数先减小后增大,纤维长度为10 mm时固结系数最小;当固结压力较高（≥400 kPa）时,加筋土的压缩模量随纤维长度增大而减小。此外,加筋土的压缩指数总体上随纤维掺量和纤维长度的增大而增大,但纤维掺量为0.15%～0.20%以及纤维长度为10 mm时压缩指数有一极小值。     

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。      

新型高分子材料固化黄土边坡的抗冲刷试验

在已有成果的基础上采用新型高分子材料SH固化剂固化黄土,通过改良坡面黄土的工程性质,提高坡面抗冲刷性能。利用室内试验装置人工模拟边坡顶端来流冲刷,研究采用SH固化剂和固土植草相结合的方法加固黄土边坡,以边坡坡面产流产沙特征评价抗冲刷性。结果表明:SH固化黄土坡面后,坡面径流含沙量比黄土坡面显著减小,随SH掺量增加,含沙量递减,抗冲刷性明显增强; SH固化植草坡面的产流产沙性能说明化学与生态结合防护黄土边坡坡面冲刷更为有效。 更多还原     

纤维加筋黄土的抗剪强度特性研究

通过直接剪切试验研究了不同含水率、不同纤维量、不同压实度纤维加筋黄土的黏聚力、内摩擦角和抗剪强度的变化规律。研究结果表明:含水率由14%增加到18%时,黄土的黏聚力逐渐减小,当其大于20%时,黏聚力c急剧减小;当黄土的含水率为18%时,内摩擦角φ最大,黄土的抗剪强度达到最大值;纤维材料在黄土中呈面状、网状和团状分布,内摩擦角和黏聚力均随纤维量的增大先增大后减小,纤维量0.5%为最优纤维量;纤维含量小于最优纤维量时,内摩擦角随压实度的增大变化较小,当纤维含量大于最优纤维量时,内摩擦角变化较大;同时,在实际应用方面,该试验给出了含水率、纤维量和压实度与内摩擦角和黏聚力的函数关系,对黄土地区施工具有指导意义。     

聚丙烯纤维加固膨胀土边坡稳定性分析

为提高膨胀土边坡稳定性,改善膨胀土力学性能,使用聚丙烯纤维对膨胀土进行改性。通过直剪试验计算出不同围压、不同聚丙烯纤维掺量改性膨胀土边坡的抗剪强度变化规律,并应用Geostudio软件中的极限平衡法对不同聚丙烯纤维掺量的膨胀土边坡进行分析。研究发现,聚丙烯纤维含量在一定范围内可有效提高膨胀土边坡抗剪强度,掺量0.14%的纤维土在直剪试验中表现出较好的抗剪性能,Geostudio极限平衡法分析结果显示,0.14%纤维土边坡稳定系数为2.431,较素膨胀土边坡稳定性系数提高0.591。建议采用掺量0.14%的纤维土加固膨胀土边坡。     

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%。      

基于最优含水率的聚丙烯纤维增强膨胀土强度研究

将不同长度的聚丙烯纤维按照0.0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的重量比分别掺入膨胀土中配制试样,通过大量的室内试验研究了聚丙烯纤维对膨胀土强度的影响规律。试验结果表明:随着纤维的加入,膨胀土的抗剪强度得到了明显的增强,且无侧限抗压强度也随着纤维含量的增加而急剧增加,但当纤维含量超过最优加筋量0.3%时,加筋膨胀土的无侧限抗压强度和抗剪强度反而呈现降低趋势。相同纤维含量的情况下,膨胀土的强度也会随着纤维长度的增加而明显增加,同时聚丙烯纤维还可以增加纤维复合膨胀土的峰值强度,延缓土样的破坏,其研究结果为膨胀土性质的改良提供一种可借鉴的方法。     

黄土边坡降雨冲刷模型试验研究

针对边坡表层受降雨冲刷易引发水土流失并导致滑坡灾害的难题, 以黄土边坡为例, 提出了一种基于减排水理念的生态固坡综合防护方法。采用自主研制的边坡降雨模拟实验装置, 考虑不同改良剂掺量、格构防护形式、雨强、历时、坡比等因素对防护效果的影响, 研究不同因素组合影响下的边坡土体侵蚀规律与演化机理。试验结果表明, 黄土边坡坡面侵蚀可归纳为溅蚀、片蚀、沟蚀、坍塌、滑坡的过程; 随改良剂掺量增加, 改良边坡抗侵蚀能力增强, 综合考虑提出改良剂的最优掺量为3‰; 与素土边坡相比, 3‰改良剂改良边坡受雨强的影响较小; 随降雨历时增加, 改良剂改良效果越明显; 改良剂、框格梁以及两者的综合利用, 均能有效提高边坡抗雨水冲刷与侵蚀能力; 边坡坡度增大至一定程度, 坡体受降雨侵蚀易突然发生整体滑塌, 需进行重点关注; 改良剂主要通过絮凝作用使土颗粒之间镶嵌黏结更紧密, 从而提高黄土的持水性和抗蚀性。     

人工合成类废布料纤维纱加筋黄土力学变形性质及抗溅蚀特性试验研究

纺织企业每年都产生大量的人工合成类废弃布料,处理不当会造成比较严重的环境污染。将废弃布料开松、分梳和切断后具有良好抗酸碱腐蚀性能的涤纶纤维纱按一定比率掺入素黄土中,形成纤维纱加筋黄土试样。用路面材料强度试验仪、真三轴试验仪、抗拉强度仪和土壤溅蚀设备对素黄土、单丝纤维加筋黄土和纤维纱加筋黄土试样进行相关测试。试验结果表明,随着纤维纱掺加比率的增加,无侧限抗压强度呈先增大后减小的变化趋势,最优纤维掺加比率,纤维纱加筋黄土及单丝纤维无侧限抗压强度均大于素黄土,在相同的纤维掺加比率、细度及长度条件下纤维纱加筋黄土无侧限抗压强度大于单丝纤维加筋黄土;纤维纱加筋黄土黏聚力c值大于单丝纤维加筋黄土及素黄土,内摩擦角ψ值与单丝纤维加筋黄土及素黄土比变化不明显;素黄土在抗拉强度测试中呈现脆性破坏特征,纤维纱的加筋黄土抗拉强度大于单丝纤维加筋黄土及素黄土,纤维纱加筋黄土破坏时拉应变大于单丝纤维加筋黄土;相同的时间节点纤维纱加筋黄土击溅后形成的坑洞孔深小于素黄土,同时溅蚀量较素黄土更少。     

人工合成类废布料纤维纱加筋黄土力学变形性质及抗溅蚀特性试验研究

纺织企业每年都产生大量的人工合成类废弃布料,处理不当会造成比较严重的环境污染。将废弃布料开松、分梳和切断后具有良好抗酸碱腐蚀性能的涤纶纤维纱按一定比率掺入素黄土中,形成纤维纱加筋黄土试样。用路面材料强度试验仪、真三轴试验仪、抗拉强度仪和土壤溅蚀设备对素黄土、单丝纤维加筋黄土和纤维纱加筋黄土试样进行相关测试。试验结果表明,随着纤维纱掺加比率的增加,无侧限抗压强度呈先增大后减小的变化趋势,最优纤维掺加比率,纤维纱加筋黄土及单丝纤维无侧限抗压强度均大于素黄土,在相同的纤维掺加比率、细度及长度条件下纤维纱加筋黄土无侧限抗压强度大于单丝纤维加筋黄土;纤维纱加筋黄土黏聚力c值大于单丝纤维加筋黄土及素黄土,内摩擦角φ值与单丝纤维加筋黄土及素黄土比变化不明显;素黄土在抗拉强度测试中呈现脆性破坏特征,纤维纱的加筋黄土抗拉强度大于单丝纤维加筋黄土及素黄土,纤维纱加筋黄土破坏时拉应变大于单丝纤维加筋黄土;相同的时间节点纤维纱加筋黄土击溅后形成的坑洞孔深小于素黄土,同时溅蚀量较素黄土更少。     

聚丙烯纤维复合土抗裂补强特性试验研究

将聚丙烯纤维按不同类型、不同组合、不同含量掺入土中的三轴压缩试验,研究了聚丙烯纤维复合土的应力-应变性状及对复合土强度特性的影响。试验结果表明,加固黏性土要选择分散性好的束状单丝聚丙烯纤维,而不是网状聚丙烯纤维,聚丙烯纤维按占土质量0.2%时为最佳掺入量,束状单丝聚丙烯纤维长度为6 mm+10 mm+15 mm+19 mm的4种组合较为理想,可使聚丙烯纤维复合土微结构联结强度得到明显改善,抗裂补强,黏性土抗剪强度得到极大的提高。     

崩解性砂软岩改良弱膨胀土性状实验研究

引江济淮河(航)道工程引江济巢段和江淮沟通段地层连续分布弱膨胀土和具有崩解性的砂软岩,为资源化利用河道开挖弃渣开发非膨胀土来源,实验研究利用崩解性软岩改良弱膨胀土的可行性。研究表明:崩解性砂软岩易粉碎、无膨胀性、天然含水率低,具备作为改性材料的条件;弱膨胀土掺入崩解性砂岩后其膨胀率、膨胀力、最优含水率与掺入量负相关,最大干密度、渗透系数与掺入量正相关;弱膨胀土掺入崩解性砂岩后其内摩擦角随掺量呈反S型曲线规律发展,黏聚力随掺量增加近似呈二次曲线规律衰减,掺量高于30%时,改良土的抗剪强度可能低于天然弱膨胀土;在砂岩掺量及粒径范围相同情况下,砂岩粗颗粒含量越高,改良土的黏聚力越高和摩擦角越低;砂岩改良土在干湿循环条件下的强度稳定性得到改善,且水化砂岩的改良效果优于机碎砂岩。以弱膨胀土改良后强度不损失为标准,确定砂岩合理掺量为30%,并须合理控制砂岩改良土施工过程中机碎砂岩中粗粒组的含量。     

降雨冲刷对黄土公路边坡植物防护影响的试验研究

通过对裸露黄土公路边坡、厚层基材植草公路边坡、三维网植草公路边坡以及平台植树公路边坡的现场降雨冲刷试验,阐述了不同防护型式的公路黄土边坡在降雨条件下的坡面径流、含泥量以及坡面冲刷情况,得出了降雨对边坡坡面的侵蚀过程,首先是从雨滴直接打击土体开始,进而引起溅蚀,分散土粒,紧接着发生超渗径流造成坡面冲刷。以及对坡面破坏最大的是坡顶上方来水等重要结论。验证了坡面植物防护以及平台植树等防护方法可以有效降低降雨冲刷对坡面的侵蚀破坏,为黄土地区公路边坡植物防护的设计施工以提供了可靠的依据。     

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。      

纤维加筋市政污泥剪切强度试验研究

随着社会经济的快速发展,市政污泥产量逐年攀升,其安全处置对改善城市生态环境和经济可持续发展具有重要意 义。污泥由于含水率高,颗粒细小,粘滞性强,且富含有机质,因而存在机械脱水效率低和抗剪强度低等问题,填埋时容 易造成填埋场堆体发生侧滑、失稳等事故。纤维加筋是近些年发展起来的一种土质改良技术,为了研究该技术对污泥剪切 强度特性的影响,在不同固结压力下（50,100,200和400 kPa） 对纤维加筋污泥进行了一系列剪切试验,分析了纤维掺量 （0,0.05%,0.1%,0.2%,0.4%和0.8%） 对固结后污泥含水率、干密度及剪切强度的影响。结果表明：在不同固结压力 下,污泥排水固结后的含水率均随着纤维掺量的增加呈先减少后增加的趋势,而干密度则是先增加后减小,试验确定纤维 最优掺量为0.1%;污泥排水固结后的剪切强度则随着纤维掺量的增加而增加,纤维加筋作用对污泥的剪切强度提升效果十 分明显,100 kPa下加筋效果最显著;纤维加筋污泥的黏聚力和内摩擦角随纤维掺量的增加而增加,当纤维掺量超过0.4% 后,黏聚力增幅有放缓趋势,而内摩擦角的增幅则有加大趋势;在剪切破坏过程后期,随纤维掺量增加,应变硬化趋势更 为显著。     

植物纤维加筋固化土抗压强度和渗透试验研究

为了研究椰丝纤维和双聚高分子材料加固粉砂土的效果和机制,本文采用正交试验方法,通过掺加双聚高分子材料和椰丝纤维,针对影响加筋固化土的力学性能和渗透性的因素（椰丝纤维掺量、椰丝纤维长度和双聚材料掺量）,进行无侧限抗压强度试验和渗透试验等分析研究。研究结果表明:在粉砂土中添加双聚材料固化剂和椰丝纤维,提高了土体的无侧限抗压强度和降低了土体的渗透性。椰丝纤维含量和双聚材料掺量对试样的无侧限抗压强度影响非常显著,椰丝纤维长度对试样无侧限抗压强度的影响显著。椰丝纤维含量和双聚材料掺量对试样渗透系数的影响显著,椰丝纤维长度对渗透系数的影响不显著。当纤维掺量为0.9%,双聚材料掺量为0.375%时,试样的无侧限抗压强度最大。纤维掺量为0.9%,双聚材料掺量为0.325%时,试样的渗透系数最小。     

基于坡面稳定的黄土路堑高边坡优化设计

通过室内外黄土边坡的冲刷试验结果发现,随着坡度的增加,坡面上的最大冲沟深度呈先减少、后增大的趋势。黄土边坡坡角值越接近临界坡角,坡面产生破坏的可能性越小。根据坡面流理论,导出黄土路堑高边坡抗冲刷的临界坡角。根据调查发现,当边坡的坡角相同时,单级坡体越高,坡体（即坡长越长）越易形成明显的冲沟。根据坡角、坡面长和坡面冲刷量之间的关系,建立了基于坡面稳定的黄土路堑高边坡优化设计模型。用该模型对典型路堑高边坡进行计算验证,优化结果和实际情况吻合较好。     

改性纳米硅材料加固松散砂土的工程特性研究

为了改变松散砂土的低强度和低抗侵蚀性,本文以纳米硅材料为基础,采用聚丙烯酰胺类作为改性剂,对松散砂土进行加固研究。分别研究在不同浓度的纳米硅材料以及不同掺量的改性剂的共同作用下,加固松散砂土的无侧限抗压强度、抗剪强度以及其崩解特性的变化规律,并对其加固机理进行分析。试验结果表明,改性后的纳米硅材料对松散砂土的无侧限抗压强度、抗剪强度以及抗崩解能力都得到较大的提高。当纳米硅材料浓度一定时,砂土的抗压强度和抗剪强度随着改性剂掺量的增加出现先增大后减小的趋势;在纳米硅浓度20%、改性剂掺量0.2%时抗压强度达到最大值970 kPa;在纳米硅浓度20%,改性剂掺量0.3%时黏聚力和摩擦角分别为173.2 kPa和39.3°;在加固松散砂土的抗崩解试验中,当纳米硅浓度大于20%、改性剂掺量大于0.1%时,加固后的砂土在水中侵泡8 d后砂样的崩解率低于50%;当纳米硅浓度20%,改性剂掺量0.2%时,加固砂土不崩解。综合试验结果,建议纳米硅溶液的浓度在20%,改性剂的掺量为0.2%作为改性纳米硅材料加固松散砂土的最优配比。