离子土固化剂改良膨胀土的机理研究

以河南安阳典型弱膨胀土为研究对象,分别对素土及离子土固化剂（Ionic Soil Stabilizer,简称ISS）改良土进行一系列的理化试验研究,通过标准吸湿含水率试验分析土体吸湿持水能力的变化;通过X射线衍射、傅立叶红外光谱测试、阳离子交换量及可交换阳离子成分测定、Zeta电位、比表面积,扫描电镜试验分析土体矿物组分、晶体结构、电化学性质及表面属性等反映土体胀缩本质因素的变化规律。试验结果表明：膨胀土经离子土固化剂处理后,吸湿持水能力下降,膨胀能力变弱,土样矿物成分未发生明显变化,但蒙脱石类矿物d₀₀₁晶层间距变小,层间水合度降低;通过离子交换,ISS置换出膨胀土体颗粒表面亲水性阳离子,促使土体阳离子交换量减小,可交换阳离子主要成分为Ca²⁺;改良土体ξ电位降低,土颗粒间连接力增强,比表面积减少。ISS改良机理可解释为通过离子交换,吸附,包裹等一系列复杂的表面物化反应,降低黏土矿物晶层间“水敏性”,改变土颗粒表面的双电层结构,促使结合水膜厚度减薄,从而降低了土体的膨胀性,水稳定性。     

低掺入土聚水泥固化软土的试验研究

水泥土搅拌法是加固软土地基的常用方法,固化剂和水泥掺入比的选择直接关系到水泥土地基的整体强度和工程成本。基于上海软土特点,模拟第四层天然软土和吹填土,通过室内配合比试验和水泥土强度分析,研究了在土聚水泥GEOTONE1000和普通硅酸盐水泥P.O32.5为固化剂以及含水量为45%和75%的情况下,低掺入比对水泥土无侧限抗压强度的影响。研究发现,在含水量及掺入比相同的条件下,两种水泥土的无侧限抗压强度增长规律大致相同;当掺入比大于5%时,水泥土强度增长效果十分明显;GEOTONE1000水泥土强度为P.O32.5水泥土强度的2~3倍,显示出土聚水泥在软土地基加固领域广阔的应用前景。     

水泥固化重金属铅污染土的强度特性研究

污染场地中开挖出来的污染土利用水泥固化处理（S/S法）后,其污染物质的淋滤特性和土体的强度得到改善,可用于场地的回填和堤坝的填筑等。针对该项技术,对水泥固化稳定后的重金属铅污染土的强度特性进行了研究。试验所用的铅污染土通过将硝酸铅溶液加入干土中人工制备而成,并考虑了不同铅离子含量和水泥掺量对水泥固化污染土强度特性的影响。试验结果表明：水泥固化污染土的无侧限抗压强度随着水泥掺量以及龄期的增长而提高;与常规水泥土（不含重金属污染物）强度相比,污染土中铅离子含量较低时,强度略有提高,铅离子含量较高时,强度显著降低;不同铅含量水泥土试样的应力应变关系均表现为强度越高,破坏应变越小;试样28 d龄期的变形模量与强度呈较好的线性对应关系。     

水泥土无侧限抗压强度表征参数研究

水泥土主要包括水泥加固土和水泥稳定土两大类。选用2种典型土样,分别配制高含水率的水泥加固土和低含水率的水泥稳定土,进行一系列的水泥土无侧限抗压强度试验,旨在分析水泥土的孔隙率、饱和度以及强度的变化规律,提出有效表征水泥土强度变化规律的参数。试验结果表明:水泥土孔隙率的大小与初始含水率、压实程度以及水泥水化产物生产量等相关;水泥土的饱和度随水泥掺入量或养护龄期的增加而降低;在常用的水泥掺入量范围(5%~20%)内,水泥土强度随水泥掺入量增加近似呈幂函数关系增大,水泥土强度与养护龄期的对数近似呈线性关系。基于试验结果,提出一个综合反映水泥掺入量、养护龄期以及孔隙率等因素对水泥土强度影响规律的综合表征参数,水泥加固土和水泥稳定土的强度均与综合表征参数呈幂函数关系。已有研究的试验数据也验证了提出的水泥土强度综合表征参数的有效性。     

垃圾渗滤液水泥土强度特性试验研究

通过无侧限抗压强度和不固结不排水三轴压缩试验,揭示垃圾渗滤液水泥土的强度特性。试验结果表明,渗滤液水泥土强度小于正常水泥土的强度,强度的减小程度与水泥掺入比、龄期相关,龄期越长水泥土强度减小的越大,水泥掺入比越大,水泥土强度减小的越小。     

夯实水泥土桩桩身固化效果研究

目前国内广泛应用于夯实水泥土中的固化剂是水泥这一单一组分,这样就远不能满足实际工程的需要。主要原因有:水泥成本较高,而且在生产过程中要消耗大量的资源与能源,同时造成严重的环境污染;仅用水泥单一组分作为固化剂,并不能充分发挥水泥的固化作用。由于夯实水泥土孔隙中几乎没有自由水,固化剂形成水化物的过程可能不再是通过液相进行的溶解-扩散-析晶过程,而可能发生固化剂中各组分及土中活性组分在原位局部发生反应,这将导致夯实固化土的结构形成独特的硬化机理。本文在最优含水量条件下研究了工业废渣替代水泥作为新的固化剂材料的固化效果,使设计出来的固化剂加固土强度不低于同掺量的水泥加固强度,而其造价则低于相同加固效果的水泥加固。     

季冻区玄武岩纤维水泥土无侧限抗压强度试验

本文以玄武岩纤维水泥土为研究对象,通过一系列无侧限抗压强度试验,研究了在冻融循环次数、纤维长度的影响下玄武岩纤维水泥土的力学特性。试验结果表明,纤维质量掺入比为0.5%时,掺入玄武岩纤维后水泥土的无侧限抗压强度有所降低;经过24次冻融循环作用后,未添加纤维的水泥土无侧限抗压强度下降幅度最大,强度损失率达到了34.58%,而其他掺入纤维的水泥土强度损失较小,同时,未掺入纤维的水泥土破坏时的轴向应变明显低于掺入纤维的水泥土破坏时的轴向应变。由此可得,在本试验条件下,将玄武岩纤维掺入到水泥土中未能提高水泥土的无侧限抗压强度,但纤维的掺入可以有效减缓水泥土在冻融循环作用下的强度损失,增强了水泥土的韧性,提高了水泥土的抗冻性。本文研究可为玄武岩纤维水泥土在季节性冻土区的应用提供一定的借鉴和参考。     

聚丙烯纤维掺量对水泥土强度特性的影响研究

水泥固化土中掺入聚丙烯纤维,可以对土体强度进行一定的改良。本文以聚丙烯纤维掺量为研究变量,掺入0%、0.1%、0.2%、0.4%的9mm长纤维和15%水泥,制备纤维水泥土,通过无侧限抗压强度试验和常规三轴试验,分析了聚丙烯纤维掺量对水泥土强度特性的影响。试验结果表明:纤维水泥土的无侧限抗压强度随纤维含量的增加而增强,纤维含量对纤维水泥土无侧限抗压强度的提高效果很明显。28d龄期掺入0.4%纤维的水泥土,其无侧限抗压强度是不掺纤维水泥土的1.60倍。纤维的掺入能提高水泥土的峰值应力和增大破坏应变,并且随纤维含量的增加,水泥土的粘聚力逐渐增大,而其内摩擦角却变化不大。纤维水泥土在受压过程中,纤维的掺入能够为土体提供一定的拉应力,从而能在一定程度上阻止试样裂缝的开展。     

水泥土搅拌桩基本性质及应用

水泥土搅拌桩设计原理是利用水泥(或其他类似材料,如石灰)作为固化剂,通过特制搅拌机械,在一定深度范围内地基土与水泥等固化剂强行搅拌,固化后形成具有抗渗止水性和一定强度的水泥土桩,并与桩周土体共同承担上部荷载。论文阐述了水泥土搅拌桩在实际工程中的应用,通过设计、计算以及现场试验结果分析,验证了搅拌桩设计的合理可行性。     

置换式水泥土桩长期强度特性试验研究

置换式水泥土桩以独特的优越性在软土地区得以广泛应用,强度特性是水泥土复合体最为重要的力学特性,其中长期强度在工程中须加以重视。本文选用昆明地区的冲洪积黏性土作为水泥土试验原材料,通过室内试验对其长期强度性能进行了试验研究。基于水泥土复合体的无侧限抗压强度试验,得到标准养护下水泥土复合体强度—龄期—水泥掺入比三者的相关关系。研究结果表明:随着水泥掺入比的增加,水泥土复合体无侧限抗压强度明显增大;伴随水土作用和淋溶作用,水泥土复合体强度随龄期的增长呈现出先增长后降低的趋势;并总结得出了由初期强度推算中、后期强度的经验公式。     

Shaft capacity of prestressed high strength concrete (PHC) pile-cemented soil column embedded in clayey soil

This paper presents a series of laboratory tests on cemented soil with high water content, and the water content of cemented soil samples were all larger than the liquid limit. A group of model PHC pile-cemented soil interface shear tests were then conducted to investigate the interface frictional capacity. Finally, a group of full-scale tests on PHC pile-cemented soil columns were conducted to study the frictional capacity of cemented soil-soil interface. The test results show that: the cohesion of cemented soil with high water content had a linear relationship with the unconfined compressive strength; the cemented soil strength had a large effect on the frictional capacity of PHC pile-cemented soil interface, and the peak skin friction of PHC pile-cemented soil interface increased linearly with the increasing cemented soil strength; the frictional capacity of cemented soil-soil interface was better than the frictional capacity of conventional pile-soil interface.     

脱湿速率影响下的膨胀土工程性状与持水特征初探

通过控制恒温恒湿箱的温湿度工作参数,实现饱和膨胀土在不同脱湿速率条件下的状态变化,借助收缩试验和非饱和三轴试验,研究脱湿速率对膨胀土收缩特性、强度特性与持水特性的影响规律。试验结果表明,膨胀土的收缩系数随脱湿速率的减小而变大,并先呈现线性脱湿过程,后呈现非线性脱湿特征;在相同含水率条件下,膨胀土的吸附强度亦随脱湿速率的减小而增大,尤在含水率和围压较低时更趋明显。结合吸附强度与吸力关系的乘幂函数表达式,利用收缩系数和吸附强度反算出不同脱湿速率下的膨胀土"双线性"土水特征曲线,发现不同脱湿速率时曲线下降段接近平行趋势,脱湿速率越小,膨胀土的进气值越大,相同含水率时的吸力越高。     

污水环境对水泥土力学性能的影响试验研究

由于多数地下水泥土工程直接与地下腐蚀性介质环境接触,必将导致水泥土材料的逐步劣化甚至失效破坏。以某市区工地附近明渠排放的污水作为侵蚀性介质,制作了不同水泥掺量的水泥土试件,通过对比试验,研究了污水环境和清水环境下不同水泥掺量、不同龄期的水泥土抗压强度和抗剪强度。结果表明,在污水或清水环境下,相同水泥掺量水泥土30 d 龄期的抗压强度几乎相等,随着龄期的增加其抗压强度均逐步增大,但污水环境下其抗压强度增长的幅度明显小于清水环境,90 d 后清水环境的水泥土抗压强度不再增长,而污水环境的抗压强度开始降低;污水环境和清水环境下的水泥土内摩擦角和黏聚力随龄期、水泥掺量的增加均逐步增大,污水环境下龄期90 d后的内摩擦角和黏聚力均开始降低。     

菱苦土改性膨胀土工程性质的试验研究

通过对南京地区膨胀土的室内物理力学性质、石灰改性的系列分析,确定了膨胀土的等级、改性后土的胀缩性、强度与剂量的关系及掺入石灰的最佳配比,为膨胀土性质的进一步研究奠定了基础。     

污染环境对水泥土力学特性影响的试验研究

采用模拟试验的方法探讨了在各种污染环境因素影响下(清水、不同化学溶液、不同浓度等)水泥土力学特性在不同龄期的表现,分析了其相应的荷载位移曲线变化,得出了水泥土在各种污染环境下的抗压强度与侵蚀历时的关系,结果表明硫酸对水泥土的侵蚀作用显著,污染环境中的化学成分和浓度对水泥土的抗压强度有着重要的影响。     

水泥土的环境侵蚀效应与破裂过程分析

采用试验的方法研究了水泥土在各种环境因素(水、不同化学溶液、不同浓度以及不同pH值等)影响下的力学特性，并对一定水泥掺量的水泥土试件的侵蚀特征及无侧限抗压强度试验进行了实时观测和记录，得到了水泥土试件的侵蚀特征照片和荷载位移曲线及相对应的破裂过程照片。对试验结果的分析表明，环境侵蚀对水泥土力学强度产生了明显的影响，而对破裂过程影响较小。探讨了水泥土在各种侵蚀环境下的侵蚀效应、破裂特征及破裂机理，为进一步分析环境侵蚀下水泥土的内部损伤演化规律和本构模型的建立奠定了基础。     

膨胀土收缩开裂过程及其温度效应

温度作为主要的外部环境因素之一,对膨胀土水-力学性质有重要影响。为了了解膨胀土在不同温度条件下的干缩开裂特性,开展了一系列干燥试验。试验中共配制了9组初始饱和的泥浆试样,干燥环境温度分别为22℃,60℃和105℃。在干燥过程中,实时监测试样的含水率变化及表面裂隙的演化过程,利用数字图像处理技术,对裂隙图像进行了定量分析,获得了表面裂隙率R_sc;采用填充法,测量了裂隙的体积。结果表明：在干燥初期,试样中水分蒸发速率为常数,且随温度的增加而增加,试样达到残余含水率所需时间随温度的增加而减小;裂隙出现时对应的临界含水率w_IC受温度的影响非常明显,当温度从22℃增加到105℃时,w_IC从38.0%增加到90.9%;在裂隙发展前期,R_sc增速较缓,随后进入快速发展期,较小的含水率变化可导致R_sc迅速增加;当含水率接近终期临界含水率w_FC或缩限时,裂隙发展趋于稳定,且w_FC基本不受温度的影响;在高温环境下,膨胀土的裂隙发育程度较低温环境高,存在明显的温度效应。     

软土电化学桩加固室内模型试验研究

 利用自行研制的一套软土电化学成桩加固的室内模型试验装置,开展系统的模型试验,成功再现铁质胶结成桩加固的整个物理化学过程,弄清胶结桩体组成结构特征,并通过加固土体电流、电阻、盐度的跟踪监测,探讨电化学成桩加固的电解特性及主要控制参数。在此基础上,开展微型贯入试验、室内平板载荷试验、崩解试验,对胶结桩体强度分布规律、承载力特性和水稳性进行研究。研究结果表明,电化学胶结桩范围为电极直径的8～12倍,强度随与电极距离的增大而逐渐减小,胶结核心层和影响层组成之间存在一明显的强度突变面,胶结桩–土复合地基的承载力和变形模量较加固前提高约10倍,并具有很好的水稳性。     

干湿循环过程中膨胀土的胀缩变形特征

为了了解干湿循环过程中膨胀土的胀缩变形特征,分别开展了两组干湿循环试验。在控制吸力干湿循环试验中,吸力控制范围为 0.4 ～ 262 MPa ,采用了两种吸力控制方法,分别为渗析法（吸力＜ 4 MPa ）和蒸汽平衡法（吸力＞ 4 MPa ）,当每一级吸力达到平衡时,测量试样对应的含水率和体积;在常规干湿循环试验中, 采取了两种干缩路径,分别为全干燥和部分干燥,并测量试样在每次干湿循环过程中的轴向变形及循环结束后的含水率。结果表明： 在脱湿和吸湿过程中,试样孔隙比随吸力变化可分 3 个典型阶段：大幅变化阶段（ 0.4 ～ 9 MPa ）、过渡阶段（ 9 ～ 82 MPa ）和平缓阶段（ 82 ～ 262 MPa ）; 当吸力大于 113 MPa 时,试样的胀缩变形基本可逆,而当吸力小于 113 MPa 时,试样的胀缩变形 表现出明显的不可逆性,且不可逆程度随吸力的减小而增加。试样在常规干湿循环过程中的胀缩变形随循环次数的增加逐渐趋于稳定;胀缩特征受干缩路径的影响非常明显,全干缩路径中测得的膨胀率高于部分干缩路径,膨胀速率随干湿循环次数的增加而增加;试样在干湿循环过程中的膨胀率大小在一定程度上取决于吸湿能力。