关键词： 滨海沉积淤泥   压缩特性   固化剂   掺量  

摘要： 为研究固化剂种类与掺量对海相沉积淤泥固化效果的影响,以唐山南堡典型滨海沉积淤泥为研究对象,通过单掺固化压缩试验,结合粉煤灰废物利用问题,分析了水泥、生石灰及粉煤灰等不同固化剂及掺量对该淤泥固化后压缩特性的影响。结果显示:该淤泥在未固化前为高压缩性土,而在添加一定掺比的水泥、生石灰和粉煤灰并进行7d龄期养护后,淤泥试样的压缩特性均有所改良,其中20%水泥掺比的试样效果最优,且改性为中压缩性土,说明高掺比水泥可在短期内明显改善其压缩特性。单掺生石灰固化时,可通过适当延长闷料时间以增强固化效果。粉煤灰虽固化效果稍差,但具有低耗环保的优势,在实际应用中可综合考虑。该成果可为海相淤泥的固化及工程应用提供一定参考。

关键词： 河道疏浚   固化法   现场试验   地基承载力  

摘要： 河道清淤与疏浚工程中,常因疏浚淤泥的集中堆置而形成大面积的堆场,基于软土地基处理常用的固化法对疏浚淤泥堆场进行地基处理。固化剂由水泥、粉煤灰、石灰等固化材料根据一定比例调配而成,通过室内固化剂配合比试验,确定了经济适用的最佳固化剂配比和用量。并采用引进的新型固化设备开展了现场试验研究,根据固化处理深度的不同将试验区分为深处理区和浅处理区两个分区。试验结束后,检测了试验效果。结果表明,处理后的地基承载力完全满足设计要求,且深度处理区效果更优。

关键词： 水泥固化淤泥土   干湿-冻融循环   三轴剪切试验   力学性能   裂隙发育特征   微观形态  

摘要： 针对水泥固化淤泥土性能受干湿-冻融循环效应的影响,开展了不同干湿-冻融循环次数下的土体三轴剪切试验、CT扫描试验和SEM扫描试验,研究了干湿-冻融过程中水泥固化淤泥土的力学特征和微结构损伤规律。结果表明:水泥固化淤泥土的应力-应变曲线呈应变硬化特征,内摩擦角与黏聚力指标随干湿-冻融循环次数增加而逐渐减小,且分别表现为指数型和线性衰减趋势;根据二值化的CT扫描图像定量分析了裂隙演化规律,发现试样的裂隙率随干湿-冻融循环次数增加呈指数型增加;由SEM扫描试验可以观测到干湿-冻融循环后试样中的水泥基胶结物流失,颗粒间密实度下降,这是导致水泥固化淤泥土发生裂隙扩展与力学性能弱化的微观机制。

关键词： 道路工程   正交配合比设计   土壤固化剂   力学特性   路用性能   微观机理  

摘要： 伴随着国内建设工程和道路工程的迅猛发展,沉淤废土的堆积问题也日益严重,为了很好的解决这个问题,土壤固化剂也应运而生,由于其对于软土高效的强度改善能力而被社会各个工程领域关注。本文秉持着可持续发展的理念,为了将工程废弃而造成堆积问题的淤泥质粘土再次利用,以浙江省杭州市某公路施工路段堆积的淤泥质粘土作为试验基质材料,并且为了取代传统的水泥基类固化剂,减少有害气体的排放,工业废渣中的矿渣也引起了很多学者的关注,同时考虑到工程届对于纳米材料的运用和研究并不完善,本文引入新型纳米材料-纳米W,将矿渣、纳米W、生石灰作为固化剂的基础材料并且通过正交试验进行配合比的设计;通过矿渣-纳米W复合固化土的无侧限抗压强度试验、劈裂试验(间接抗拉强度)探究了矿渣-纳米W复合土壤固化剂对淤泥质粘土宏观力学特性的影响,同时结合固化土的水稳定试验以及冻融循环试验观测其耐久路用性能;最后,本文采用扫描电镜(SEM)测试方法和X射线衍射(XRD)测试方法,研究了矿渣—纳米W复合土壤固化剂对淤泥质粘土微观结构的影响和作用机理。具体所得结论如下:(1)本文中对于固化剂的配合比设计试验采用了三因素、三水平的正交试验,设计了9组不同配合比的淤泥固化剂复合材料试验方案,进行无侧限抗压试验,最终通过极差和方差分析统一结合的方法,对无侧限抗压正交试验的结果进行了合理分析,得到矿渣—纳米W复合土壤固化剂的最优配合比为生石灰:纳米W:矿渣=32:3:65。(2)根据正交设计后所得的固化剂最优配合比,通过无侧限抗压强度试验和劈裂试验探究了不同固化剂掺量和养护龄期对淤泥质粘土的影响,发现伴随矿渣-纳米W复合土壤固化剂掺量的不断递增,淤泥质粘土的无侧限抗压强度出现了先增大后减小的变化趋势,并且其劈裂强度一直保持着稳定的增长;当固化土养护龄期的天数的增多,固化土的强度也会随之增大。为了考虑实际工程的经济效益和设计要求,本文最终确定矿渣-纳米W复合土壤固化剂的最佳掺量为10%,同时提出相对应的固化剂固化淤泥土的强度经验公式,方便实际工程选择合适掺量和养护龄期。(3)根据已经确定的矿渣-纳米W复合土壤固化剂的最佳掺量,通过水稳定性试验和冻融试验可以发现,矿渣-纳米W复合固化土的水稳定系数随浸水龄期的增大先减小后增大;在冻融试验中,矿渣-纳米W复合固化土满足设计要求。(4)通过SEM、XRD试验对淤泥质粘土掺加矿渣-纳米W复合固化剂前后的微观结构进行对比,发现固化剂的掺加会与淤泥质粘土发生水化反应、火山灰反应和土颗粒表面的阳离子交换作用,这些反应的发生会增强土粒的分子间作用力,减少土体的孔隙面积,增强土颗粒之间的联系,也从微观上很好地解释了固化土强度增加的原因。关键词是为了文献检索选出的体现论文主要信息的术语或词语,置于摘要下方,一般不超过5个,用分号隔开。

关键词： 水泥处理淤泥土   玄武岩纤维   无侧限抗压强度   抗拉强度   Popovics模型  

摘要： 我国在实际工程中如公路工程的建设以及河海航道的疏浚工程中,会产生大量的废弃淤泥。废弃淤泥未经处理很难被直接用作工程材料然而若直接抛填不仅占用宝贵的土地资源而且对周边的环境也会造成恶劣的影响。此外随着我国大力推进基础设施建设以及各种环河湖工程,堤防工程以及道路工程的大量修建,导致优质材料十分短缺。目前国内外一般利用水泥类等化学材料对淤泥进行化学固化处理,然而经处理后的材料常表现出失水收缩开裂、泡水崩解的现象,很难满足工程中长期强度稳定以及变形稳定的要求。为了解决这一问题一些学者提出使用纤维加筋来改善其力学性能。玄武岩纤维是一种目前已知的绿色环保并且具有强度高耐腐蚀强等优异性能是国内重点发展的四大纤维之一。基于以上研究背景,本文以黄石某工程上的河岸段疏浚淤泥为研究对象通过加入玄武岩纤维以及水泥进行联合固化处理淤泥土。本文对不同养护龄期、不同纤维掺入比以及水泥掺入比的纤维加筋水泥固化淤泥土试样进行无侧限抗压强度试验,建立强度预测公式。研究结果表明,增加纤维掺入可以有效的提高固化淤泥土的抗压强度,此外通过对比强度预测公式的预测值与实际试验所测值发现模型最大相差9.3%,验证了强度预测公式的可行性。为了探究纤维掺入对于水泥固化淤泥土抗拉强度的改善效果,本文对不同养护龄期、不同纤维掺入比以及水泥掺入比的纤维加筋水泥固化淤泥土试样进行间接抗拉强度试验并通过灰色关联度理论分析抗拉影响强度的因素排序为:水泥、养护龄期、纤维。最后基于不固结不排水三轴剪切试验,研究分析不同纤维掺入比条件下纤维加筋水泥固化淤泥土的抗剪强度参数粘聚力以及内摩擦角的变化,并分析试样的应力-应变特征,基于Popovics模型将应力-应变曲线分为3段进行分段表述。并将模型所拟合得到的曲线与试验所得应力-应变曲线进行对比结果表明拟合的效果良好,验证了利用Popovics模型进行拟合本文中玄武岩纤维加筋水泥固化淤泥土应力-应变曲线的可行性。

关键词： 电气石   腐殖酸   复合颗粒   铁锰   动态试验  

摘要： 铁锰地下水在我国各地广泛存在,如何经济、高效修复铁锰地下水成为重点。针对这一背景,制备除铁锰的新型吸附材料是研究和应用的关键。本文选取无机化合物电气石（TM）和天然有机高分子腐殖酸（HA）结合,经330°C高温碳化,将腐殖酸转化为不溶性腐殖酸（IHA）,而且添加了修饰试剂天然聚合物淀粉,制备了不溶性腐殖酸/电气石复合颗粒（TM/IHA）,具体研究成果如下:（1）通过单因素试验及正交试验,确定了电气石除铁锰的最佳条件,并建立了吸附等温模型、吸附动力学模型,通过XRD、FTIR、SEM以及EDS等微观表征揭示了除铁锰的机理。结果表明:电气石处理100 ml Fe2+含量25 mg/L、Mn2+含量10 mg/L复合水样的最佳条件为:铁电气石粒径为300目,投加量15 g/L,反应时间240 min,p H 6,反应温度为35°C,此时,对Fe2+、Mn2+的去除率分别为99.25%和94.89%。TM可以缓冲溶液的p H,使反应后的p H达到中性。通过正交试验分析得出电气石吸附Fe2+、Mn2+影响排序为:电气石投加量>p H值>反应时间。TM吸附Fe2+、Mn2+符合准二级动力学模型和Langmuir模型。微观表征结果显示,TM由Na Fe3Al6（BO3）3Si O6O18（OH）4组成,且表面团聚现象严重,孔隙分布不均匀,具有粒度小,比表面积大的特点。对地下水中Fe2+、Mn2+的吸附物理吸附和化学吸附并存。研究发现TM极易团聚,难以与水分离,且Mn2+出水未达到排放标准,故不能直接应用于修复受铁锰污染地下水,应选择合适的载体进行修饰。（2）通过单因素试验,研究在电气石与不溶性腐殖酸混合比、混合时间、煅烧温度和煅烧时间条件下制备的最佳TM/IHA复合颗粒。结果表明:TM/IHA复合颗粒的最佳制备条件是:将预处理后的HA溶于0.1 mol/L Na OH中,然后按TM:HA=2:3的比例加入电气石粉,将p H调整到6.0,接着将混合物放入摇床（30°C、150 r/min）中振荡18h后收集沉淀,然后用去离子水洗净,潮湿的固体材料在60-70°C的烘箱中干燥,研磨过筛后加入95°C糊化的醚化淀粉（1/10）混合后制成3-5 mm粒径的吸附剂颗粒,在330°C的马弗炉中煅烧90 min后制成TM/IHA复合颗粒。（3）通过单因素试验及响应曲面试验,确定了电气石除铁锰的最佳条件,并探讨了TM/IHA的解吸和可重用性。通过吸附等温模型、动力学模型以及微观表征揭示了同步去除铁锰的机理。结果表明:TM/IHA复合颗粒处理100 ml Fe2+含量25 mg/L、Mn2+含量10mg/L复合水样的最佳条件为:TM/IHA投加量10 g/L,p H 6,反应时间240 min,温度35°C,转速150 r/min,此时Fe2+、Mn2+的去除率分别为99.98%、99.65%。再生五次循环后对Fe2+、Mn2+的去除率降低了约10%,TM/IHA的可重用性能良好,具有很大的去除水中金属的潜力。通过RSM试验设计,得到对Fe2+、Mn2+的单因素影响大小分别为投加量>p H>反应时间,并通过验证试验验证预测值与试验值的绝对误差分别为0.05%、0.13%,均低于5%,证实试验模型可靠。吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型,且粒子内扩散不是吸附过程中唯一的限速步骤。TM/IHA对Fe2+和Mn2+的吸附过程是自发、吸热、可持续进行的,倾向于单层吸附。通过XRD、FTIR、BET和SEM-EDS分析,证实了TM/IHA复合颗粒主要由C、O、H、N、Al、Si、B等元素组成,保留了原料的晶体结构,表面上含有丰富的硅氧烷和硅醇基团。研究表明,物理吸附、表面配位吸附、化学沉淀以及离子交换是TM/IHA吸附Fe2+、Mn2+的主要相互作用机制。（4）通过动态试验,确定在不同吸附剂填充质量、不同流速、不同进水浓度条件下,TM/IHA对铁锰的去除效果。结果表明:TM/IHA复合颗粒对Fe2+和Mn2+离子的穿透曲线受床高、流速以及进水浓度影响,降低流量、进水浓度,增加床高均会使动态柱的运行时间延长。床高过低,未达到预期的处理效果就已达到穿透点,而床高过高时不仅Fe2+、Mn2+的去除效率很慢,还使吸附剂的利用率降低。流速过低容易引起柱内纵向返混现象,而流速过大时Fe2+、Mn2+离子穿过吸附层的速度增快,导致吸附总量减小。进水浓度的增大不仅使得去除率降低而且使得动态柱的运行总时长也大大缩短,处理水量减少。因此床高、流速以及进水浓度应在保证一定吸附容量的基础上,综合考虑柱长、柱径等因素进行确定。而且TM/IHA对Fe2+和Mn2+的动态吸附过程更适合用Yoon-Nelson模型拟合。该论文有图70幅,表26个,参考文献100篇。

关键词： 固化剂   淤泥质土   无侧限抗压强度  

摘要： 为了探究不同土壤固化剂对淤泥土的改良效果,开展了一系列室内土工试验,探究多种固化剂改良淤泥土的液塑限以及无侧限抗压强度。研究结果表明:水泥、石灰、细砂土以及生物酶均可降低淤泥质土的含水率、液限及塑性指数,并都使固化淤泥质土的无侧限抗压强度增加;通过比较分析发现,细砂土改良淤泥质土的含水率下降最明显;水泥与生物酶固化淤泥质土的无侧限抗压强度最明显,增幅分别是687.1%和903.9%,而石灰与细砂土的固化效果不显著,无侧限抗压强度增幅只有272.7%和309.5%。

关键词： MICP   固化机理   脲酶反应   碳酸钙   SEM  

摘要： 为探究胶结液浓度对MICP固化淤泥土效果的影响,利用巴氏芽孢八叠球菌,开展不同胶结液浓度下的土体固化试验。通过试样的应力-应变关系、无侧限抗压强度、含水率变化情况和微观结构探讨了MICP技术加固淤泥土的固化效果和加固机理。结果表明采用上述方法加固淤泥土是有效的。通过微生物脲酶反应,试样内生成了碳酸钙晶体团聚体,无侧限抗压强度最高可提高24%,含水率降低范围在5.2%~10.9%。适当地提高胶结液中的尿素浓度,可在一定程度上提高脲酶活性,改善固化效果,而氯化钙浓度较高时,对微生物反应有一定的抑制作用,固化效果提升有限。

关键词： 固化淤泥   动荷载   轴线累积应变   动应力-动应变曲线   动弹性模量  

摘要： 利用GDS(global digital system)动三轴仪对固化淤泥土开展动三轴UU试验,研究其轴向累积应变、动强度、动应力-动应变滞回曲线和动弹性模量等参数的变化规律。研究表明:固化土轴向应变随振动次数呈阶梯状分布,轴向应力较小时,固化土轴向应变先随振动次数增加而增大,随后趋于稳定,且固化掺量越高,轴向累积应变越小。固化土的动应力-动应变曲线呈应变硬化型,试样发生剪胀破坏,固化剂掺量越大,曲线越陡。复合固化剂掺量和围压越大,滞回圈的面积越小,其位置越靠近竖轴;滞回圈的面积先随振动次数的增加逐渐增大,当振动次数超过1000次后,其面积逐渐维持稳定。经复合固化改良后,淤泥土的初始动弹性模量有显著提高,且围压越高,动弹性模量越大,但在动力作用下变化显著,当应变超过1.0%后,固化土的动弹性模量与素土变化一致。

关键词： 固化淤泥土   循环荷载   冻融循环作用   力学特性   水分迁移   数值模拟  

摘要： 疏浚淤泥土的处置和资源化利用是当前环境岩土热门的研究课题之一,对环境治理和资源保护具有重要意义。河道疏浚淤泥土的组成复杂多元,工程性质差,国内外常采用固化处理方式将其资源化利用,然而固化淤泥土力学性质差异明显,难以实现广泛推广。为了探明循环荷载和冻融循环作用下固化淤泥土的力学性质,本文利用水泥、石灰和粉煤灰改善淤泥土力学性能,对不同掺量下固化淤泥土的动力性能、冻融循环下水分迁移与强度特性和固化土路堤变形与稳定性展开研究。本文的主要工作和结论如下:（1）采用室内土工试验测定疏浚淤泥土的基本物理力学指标,利用堆载预压法将疏浚淤泥土的含水率降低至指定值,确定水泥掺量为6%,石灰掺量为9%,粉煤灰的掺量分别为5%、10%、15%和20%,以此联合固化淤泥土。（2）利用GDS动三轴仪测定了不同固化剂掺量和固结围压下固化淤泥土的强度与变形特性。研究结果表明:固化淤泥土的动应力-动应变曲线呈应变硬化型,在循环荷载作用下土颗粒被挤压,向更稳定的位置发生移动,土体的破坏形式为压缩破坏,固化剂掺量越高,破坏强度越大。固化淤泥土的初始动弹性模量随固化剂掺量和围压的增加而加大。（3）对固化淤泥土进行冻融循环试验,研究固化土在不同冻融次数下水分迁移和强度特性,分析不同固化剂掺量下固化土的破坏强度、应力-应变关系、抗剪强度指标受冻融次数的影响。研究结果表明:冻融循环作用下,固化淤泥土中的水分发生迁移,引起内部水分向冻结锋面迁移聚集,且固化剂掺量越高,水分变化量越小;固化淤泥土的破坏强度和粘聚力随冻融次数的增加而降低,但变化幅度逐渐减小。（4）利用Flac3D分析路堤填筑施工过程中的沉降和侧向位移与固化淤泥土路基在不同冻融循环次数劣化后的变形规律。模拟结果显示:固化疏浚淤泥土填料路基在填筑后的沉降量和侧向位移量较小,符合质量工程要求。冻融会对路基产生劣化影响,路基竖向沉降随冻融次数的增加先大后小,最终路基变形逐渐趋于稳定,这与试验结果基本吻合。