高分子材料固化滨海盐渍土的强度与微结构研究

高分子材料SH固土剂与生石灰粉共同固化滨海盐渍土具有很高的抗压强度、抗拉强度和水稳性。由于SH固土剂对土颗粒的包裹作用及在土颗粒间和孔隙内形成的丝网状联接结构,使得固化土的强度和水稳性较单一石灰固化土提高很多,正弦波压缩疲劳作用降低了固化土的抗压强度。在一定的荷载值及幅值条件下,随疲劳次数的增加,抗压强度下降。30×103疲劳次数是强度下降的另一个起始点。固化土的微结构形貌照片显示,SH固土剂在两周固化龄期时形成了稳固的丝网状联接结构,四周龄期时结构已相当稳定。浸水后丝网状联接结构依然存在,表明SH固土剂的固化反应具有不可逆性。     

含盐量对石灰固化滨海盐渍土微结构参数的影响

因土中含有较多的氯盐,引起了石灰固化滨海盐渍土的微结构变化。采用Leica QWin5000图形处理软件对石灰固化滨海盐渍土的SEM照片进行统计,证实随着含盐量的增加,固化土颗粒的等效直径、扁圆度、面积比和充填比等微结构参数呈近线性变化。含盐量增加使得固化土颗粒的粒度分维值增加,颗粒的均一化程度越来越差;而颗粒定向分维则先升、后降、再逐渐趋于一个稳定值,即固化土颗粒的排列方向保持不变。固化土颗粒级配测试结果也与上述变化规律相吻合。     

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。     

滨海盐渍土的固化方法及固化土的偏应力-应变

滨海盐渍土可使用水泥、石灰、粉煤灰和高分子材料SH固土剂单独及联合固化,以提高土的强度、抗变形能力和水稳性。为研究各种固化方法固化盐渍土的抗变形能力和偏应力-应变特征,通过三轴UU压缩试验得到盐渍土和6种固化盐渍土的偏应力-应变曲线。曲线显示：水泥＋石灰类固化土呈应变软化型、石灰＋粉煤灰类固化土呈应变软化型、石灰类固化土呈应变硬化型。掺入SH固土剂,提高了固化土的浸水前后的强度,同时也增强了固化土的水稳性。掺入SH固土剂使固化土达到偏应力峰值所需的应变增加,即抗变形能力增强;0.9%SH固土剂+12%石灰+36%粉煤灰固化土具有适中的强度、良好的弹性变形和水稳性的优点,作为轻质路堤填料使用,还可减少滨海地区软土路基的沉降量,这使其成为滨海盐渍土的6种固化方案中的最适宜方案。     

含盐量对石灰固化滨海盐渍土力学强度影响试验研究

随含盐量的增加,滨海盐渍土中的盐分结晶形成了许多晶体颗粒,改变了土的颗粒级配和微结构形式,使土的力学强度发生变化。无侧限抗压试验和三轴压缩试验结果表明,随含盐量的增加,石灰固化土的无侧限抗压强度和抗剪强度降低;随养护龄期的增加,石灰固化土的无侧限抗压强度和抗剪强度增加;随含盐量的增加,固化土试样浸水和不浸水无侧限抗压强度之间的差值越来越小。工程应用滨海盐渍土时需控制土的含盐量。     

固化滨海盐渍土路用性能的室内试验与现场测试

渤海湾西海岸带地区的路堤多为填方型式,且以滨海盐渍土为主要填料。以滨海盐渍土填筑路堤,须解决土的盐胀、溶陷和吸湿软化带来的强度下降和稳定性降低问题,以进行土的改性或固化处理。为降低工程费用,固化材料应以常规的无机材料为主,辅助少量的高分子材料。为研究滨海盐渍土填筑路堤的力学性能,完成了石灰固化土和石灰+SH固土剂固化土的无侧限抗压强度、劈裂法抗拉强度、三轴抗剪强度和加州承载比等室内试验,同期还进行了固化土的现场碾压试验,检测了碾压固化土的压实度、平整度、回弹弯沉、加州承载比和回弹模量等指标。试验与研究结果显示:(1)石灰固化土和石灰+SH固土剂固化土均满足填筑路堤的强度和变形指标要求,后者的力学性能优于前者; (2)SH固土剂干燥后的胶膜包裹了土颗粒,且在颗粒间形成了抗水的胶结联结,胶丝在土的孔隙内形成了絮状联结网。胶膜和胶丝网共同作用,提高了固化土的强度、抗变形能力和水稳性; (3)2种固化土的现场碾压试验效果都很好,碾压固化土的现场测试结果与固化土的室内试验结果相一致。石灰+SH固土剂固化土的碾压性能和力学指标均满足公路路基设计规范的要求,效果良好,这种固化方法适宜在滨海盐渍土地区推广使用。     

含盐量对石灰固化滨海盐渍土稠度和击实性能的影响

随着含盐量的增加,滨海盐渍土中的盐分结晶形成了更多的盐颗粒,使石灰固化土的稠度指标发生变化,总体上分阶段逐渐下降。含盐量的增加使得石灰固化土的不均匀系数增大,且随着养护龄期的增加而增大。增加土的含盐量,则石灰固化土悬液的电导率随之增加,但电导率几乎不随养护龄期而变化,这表明氯盐没有参与石灰的固化反应,只是吸附在土颗粒的表面或存在土孔隙中,石灰固化后的盐渍土仍然具有一定的吸湿软化性。重型击实试验结果证实,增加含盐量使石灰土混合料的最大干密度略有降低,最优含水率则几乎不变,因此,施工中可不考虑含盐量对石灰固化滨海盐渍土现场碾压效果的影响。     

季节冻土区盐渍土环境下混凝土抗冻耐久性机理

为了研究混凝土在冻融交替与盐类侵蚀双重因素作用下的抗冻耐久性能,根据季节冻土区大安境内盐渍土中主要易溶盐的类型与含量,配制了3种质量分数的复合盐侵蚀溶液,制备了普通混凝土、2种引气混凝土及2组粉煤灰混凝土试件,进行盐蚀[CD*2]快速冻融循环试验,对盐冻破坏后混凝土的质量损失、动弹性模量衰减及其微观结构进行分析。试验结果表明:在冻融循环作用下,复合盐加剧了混凝土的冻融剥蚀破坏;混凝土的冻害程度与侵蚀盐溶液的质量分数、冻融循环次数、混凝土的含气量、粉煤灰掺量等因素有关;造成混凝土发生盐冻破坏的原因有水结成冰的膨胀压力,或冰与水的渗透压力以及复合盐与水泥水化产物发生的化学侵蚀和盐类的结晶膨胀,其中,盐类结晶压对混凝土内部结构的破坏更严重。     

新型高分子材料固沙抗冻性能试验研究

抗冻性反映固沙剂在低温环境下固沙的耐久性能。以新型高分子材料SH进行固沙,就其固沙后固沙体的抗冻、融特性进行了室内两种不同周期的冻、融循环试验。结果表明,冻、融循环对SH固沙性能均有劣化趋势。但冻、融速率较慢时,抗冻性较稳定。SH抗冻性优于其它同类化学固沙剂,显示其抗冻性良好。有机材料在冻、融过程中一段时间内出现强度增加的机理尚不清楚,建议进一步研究。     

滨海盐渍土改良试验及钉形搅拌桩承载力评估

针对滨海盐渍土地区水泥土搅拌桩地基处理问题,通过室内试验研究了含海盐量对土体塑液性指标等物理参数的影响,以及对三轴剪切强度力学参数的弱化作用;此外,通过不同材料配合比的改良试验,研究了水泥盐渍土强度随含盐量等变化的规律,表明水泥土含盐或者浸泡海盐水,对于强度都有弱化影响,水泥、粉煤灰固化剂都可以一定程度抵消海盐的不利影响,而且后者效果更明显。在上述试验基础上,从水泥土材料强度、桩-土侧摩擦与端部阻力、P—S计算曲线等方面,综合计算评估钉形水泥土搅拌桩单桩以及复合地基承载力特征值,表明固化剂改良的搅拌桩处理后,含盐软基能满足承载能力设计要求。在钉形的异形桩的承载力理论计算以及工程验证等方面,仍有待进一步深入。 更多还原     

冻融循环对二灰和改性聚乙烯醇固化盐渍土力学性能的影响

随季节性变化的冻融循环作用对土体结构有显著的影响。为降低盐渍土对环境温度的敏感性并将其应用于工程中,提出以石灰、粉煤灰和改性聚乙烯醇(MPA)为固化材料的联合固化方法。先通过无侧限抗压强度(UCS)和微观扫描试验评价固化效果,构建固化材料的参数范围,再将抗剪强度(黏聚力和内摩擦角)与正交试验相结合,分析各因素的影响,明确最佳组合参数。结果表明:石灰+粉煤灰+MPA联合固化有助于提高盐渍土的强度,联合固化盐渍土的UCS为1 130.25 kPa,是盐渍土(218 k Pa)的5.18倍;联合固化盐渍土的冻融强度满足工程规范(JTG 3430-2020)要求。冻融循环作用下联合固化盐渍土的UCS稳定值为700k Pa,且3次循环后的波动范围在5%左右。适宜配比下联合固化盐渍土的抗剪强度(黏聚力和内摩擦角)在3次冻融循环后为208.2 kPa和38.56°。各因素的敏感性由高到低依次为养护时间、石灰掺量、MPA掺量、干密度、含盐量和冻融循环次数,随石灰、粉煤灰和MPA掺量的增加,联合固化盐渍土强度增大并趋于稳定,固化参数的优化可有效弱化冻融作用对滨海盐渍土的影响。结合抗压及抗剪强度试验结果,...     

Experimental study on deformation of remolded sulfate saline soil under freeze-thaw cycles北大核心CSCD

季节冻土区特殊的温湿环境造成盐渍土累积变形是导致众多工程问题的主要原因,但其变形破坏机理尚不十分明确。通过配制不同含盐量的粉土开展冻融循环试验,研究试验过程中温度、未冻水含量、孔隙水压力、基质吸力和位移的变化规律。结果表明：孔隙水压力和基质吸力对土体温度敏感,对土体变形有重要影响。类比于非饱和土有效应力原理,给出了冻结盐渍土的有效应力方程,将土体变形分为温度应变、盐胀、冻胀、溶陷、融沉和残余应变,很好地解释了冻结盐渍土的变形机理。研究了含盐量对土体变形的影响程度,发现低含盐量时土体应变以冻胀和融沉为主;随着含盐量的增加,盐胀和溶陷的贡献越来越大;而含盐量为1%时土体变形最小,表明适当控制含盐量可有效抑制土体变形。     

冻融循环下含磷材料固化锌铅污染土的强度及溶出特性研究

采用新型含磷材料（KMP）及水泥（PC）固化稳定化锌（Zn）、铅（Pb）重金属污染土,研究试验土经冻融循环后的毒性浸出（CLP）、无侧限抗压强度（UCT）、压汞试验（MIP）及化学形态分析（BCR）,探究固化污染土的力学特性及耐久特性。试验结果表明,经冻融循环后,未处理污染土Zn、Pb浸出值均超过中国土壤标准;采用KMP和PC固化后,Zn、Pb浸出浓度明显低于未处理污染土;KMP固化污染土比PC固化污染土重金属固化效果更为显著,并能达到中国土壤标准;与常规养护相比,冻融循环之后的固化土体强度明显减小;经过12级冻融循环的KMP固化复合Zn、Pb重金属污染污染土强度高于PC固化试样8.6倍。压汞试验表明,经12级冻融循环后固化污染土孔隙体积增大,化学形态分析结果表明,采用KMP、PC固化重金属污染土中可交换态Zn随着养护龄期的增长而减少,残渣态Zn增加。     

双参数冻融新模型在新疆喀什地区土壤水预测中的应用研究

土壤水的准确预测对区域旱情评估及水量分析计算十分重要。传统模式大都基于土壤水观测数据构建线性回归方程进行预测。本次研究结合一种新的双参数冻融模型,以新疆喀什为研究区域,综合考虑土壤物理特性和参数的非线性,对区域内的土壤水进行非线性预测,结果显示:喀什地区的土壤水预测结果和实测土壤水数据相比,新模型预测计算误差在6%~10%之间,明显优于传统自动监测仪器的误差值,预测精度大大提高,具有重要的参考和实用价值。     

硫酸盐渍土含水率单次递减条件下的盐胀特性

为探究硫酸盐渍土在含水率递减下的盐胀特性,通过自主设计的试验装置,在室内开展了11组含水率单次递减下的盐胀试验,共历时2 868 h。结果表明：在含水率单次递减下硫酸盐渍土的起胀含盐量约为1.2%。含盐量<1.2%时,土体干缩,干缩量与含盐量近似呈下凸的二次抛物线规律,且干缩峰值含盐量约为0.5%;含盐量≥1.2%时,土体膨胀,且盐胀率与含盐量近似呈线性增大规律。盐胀敏感含水率区间受含盐量影响很小,含盐量从1.5%增至4.0%,盐胀敏感含水率区间基本稳定。此外,含水率递减速率与含盐量呈负相关规律,同一含盐量的硫酸盐渍土,其含水率的递减速率随含水率的降低亦减慢。基于以上试验结果,进一步开展了4组单次降温下的盐胀对比试验,结果表明：含盐量升高时,起胀温度区间逐渐升高,盐胀敏感温度区间的区间范围逐渐扩大。单次降温下的盐胀率均高于含水率单次递减下的盐胀率,且随着含盐量的升高两试验条件下的盐胀率差值趋于一常数。研究结果对西北地区高含盐量的残余型硫酸盐渍土地基的盐胀性评价具有重要指导意义。     

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。     

渠基土在冻融循环作用下的变形和应力变化特征

受季节性气候变化和昼夜交替的影响,处于寒区的地表浅层土体不可避免地会发生冻融循环作用。冻结过程引起土体的膨胀变形,融化过程引起土体的压缩沉降变形。同时冻融交替变化会诱发渠基土的结构与物理力学性质发生显著改变,从而危害工程设施的服役性。土体所处的应力环境是影响冻融过程中土体变形发展的关键因素。为了研究不同上覆荷载条件下冻融循环过程对寒区渠基土变形与冻胀应力发展特性的影响,开展了一系列冻融循环试验。结果表明：在上覆荷载为10 kPa时,冻融循环会使土体产生膨胀变形;当上覆荷载为50 kPa或100 kPa时,冻融循环会使土体产生非常明显的固结沉降,且上覆荷载越大,沉降量也会越大。随着冻融循环次数的增加,土体在其所处的应力环境下逐渐形成相对稳定的固结结构,单次冻融过程中产生的冻胀量与融化固结量趋于相等,即冻融稳定系数趋于1。在不同上覆荷载条件下固结稳定后,保持试样两端约束的位移不变,发现土体冻融过程中产生的最大竖向冻胀应力随冻融循环次数的增加不断衰减,且冻胀应力的发展与孔隙水压力的变化具有一致性。因此,通过对恒定上覆荷载条件下冻融过程中正冻与正融界面附近孔隙水压力分布的研究,可揭示冻融过程中土体变形发展的内应力机理。     

冻融及含水率对压实黏质土力学性质的影响

针对自然环境因素对季冻区路基强度与稳定性的影响,以京哈高速公路四平-长春段沿线的黏质土为研究对象,对不同含水率的土样进行0～16次冻融循环试验。通过室内三轴试验,分析了冻融次数和含水率对压实黏质土试样力学特性的影响规律,并探讨了其影响机制。研究结果表明,当试样的含水率小于最佳含水率时,随着冻融次数和含水率的增加,压实黏质土的应力-应变曲线由应变软化型向应变硬化型转变,试样的破坏形式逐渐由脆性破坏转为塑性破坏;压实黏质土的极限强度、弹性模量和黏聚力整体上均随冻融次数的增加而呈衰减趋势,内摩擦角与冻融次数的关系并无规律可循,但各个力学参数均在经历8次冻融循环后基本趋于稳定;含水率对压实黏质土的力学性质影响显著,极限强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角均随含水率的增加大幅减小。综合考虑冻融循环和含水率对压实黏质土力学性质的影响规律,建议季冻区路基应做好排水工作以降低路基含水率水平,并将经历8次冻融循环后的力学指标作为工程设计参考值。     

干密度和含水率对稻草加筋土强度与变形的影响

以防腐处理后的稻草加筋滨海盐渍土,完成了三种干密度和三种含水率的稻草加筋土的抗压实验和三轴UU压缩实验。结果表明：干密度较大时,加筋土的抗压强度和抗剪强度较高,达到峰值强度的应变较大,即抗变形能力较强;随含水率的增加,加筋土的强度降低,抗变形能力减弱;加筋稻草增强了土的抗变形能力,提高了土的粘聚力,但对内摩擦角的影响很小;在最优含水率和最大干密度下,加筋效果最优。