硫酸锌胶结珊瑚砂渗透特性试验及工程应用探讨

对松散珊瑚砂进行胶结处理以降低岛礁地层渗透性是促进生态岛淡水涵养的重要手段之一。为此,开展了硫酸锌胶结珊瑚砂的渗透试验,分析了不同浸泡时长、硫酸锌溶液浓度及初始干密度对胶结珊瑚砂渗透性的影响,采用干湿循环试验验证其耐久性,通过X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)、扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)、能量色散X射线光谱(energy dispersive spectrometer,简称EDS)及计算机断层扫描(computed tomography,简称CT)扫描研究微观胶结机制。结果表明:(1)硫酸锌胶结可将珊瑚砂渗透系数降低70.17%~95.79%;(2)干湿循环16次后,胶结处理36 h的珊瑚砂样品质量损失率不超过4%,渗透系数变化不超过1.0×10^(-3)cm/s,表明样品耐久性良好;(3)珊瑚砂和硫酸锌反应生成二水石膏与菱锌矿填充样品孔隙,使孔喉平均半径、配位数均减小,孔隙连通性显著下降。该技术可应用于岛礁吹填初期固砂防侵蚀、提高地基承载力、降低渗透性以促进地下淡水涵养和生态岛建设,具有重要的工程应用价值。

堆存陈化中电解锰渣重金属形态及环境风险演化

为了探究电解锰渣堆存陈化过程对其重金属赋存形态及环境风险演化的影响规律,采用XRF、XRD和SEM等微观试验对比分析了新鲜与陈化电解锰渣的易溶盐含量、化学成分、微观形貌和相变组成等微观特性差异.此外,基于批次浸出试验和改进BCR顺序提取法评估了新陈电解锰渣中重金属和氨氮的环境风险.结果表明,在堆存陈化过程中,电解锰渣的微观结构呈松散演化,易溶盐含量由12.25%降低至4.38%,酸溶态和可还原态重金属占比逐渐减少,重金属Mn由超高风险降低至中风险,但重金属总量仍高达3.28×10^(4)mg/kg,环境风险严峻,氨氮浸出量虽有所降低,但仍然超出15.00mg/L阈值的2.54~3.84倍,部分氨氮和重金属在堆存过程中释放到周围生态中,需采取必要措施对电解锰渣进行处理.

间断级配珊瑚砂地基渗流侵蚀稳定性试验研究

为解决降雨入渗导致的岛礁珊瑚砂地基沉降、塌陷等渗流侵蚀问题,利用自制渗透仪对不同D_(15)/d_(85)(D_(15)为粗粒组中小于某粒径的土颗粒累计百分含量为15%所对应的颗粒粒径,d_(85)为细粒组中小于某粒径的土颗粒累计百分含量为85%所对应的粒径)和细颗粒含量的间断级配珊瑚砂开展自上而下的单向渗透试验,厘清细颗粒迁移特征和流失的基本条件,揭示珊瑚砂渗透性变化规律,并借助微观手段对其内在机制进行分析。结果表明:(1)对于土骨架粒径为2~10 mm的珊瑚砂而言,粒径为0.25~0.50 mm的粒组是保证其渗流侵蚀稳定的关键粒组;(2)间断级配珊瑚砂地基D_(15)/d_(85)比值小于10且细颗粒含量在20%~30%之间时,渗流侵蚀稳定性较好;(3)与石英砂相比,珊瑚砂特殊的矿物成分及颗粒形貌导致其更难发生颗粒迁移,抗渗流侵蚀能力更强;(4)工程实践中,可通过提高相对密实度、优化颗粒级配或采取注浆胶结等措施提高地基渗流侵蚀稳定性。研究结果可为岛礁地基抗渗流侵蚀设计提供科学依据。

椰壳纤维-MICP复合改良膨胀土膨胀特性研究

采用椰壳纤维联合微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对南水北调中线工程南阳段的膨胀土进行试验改良,对素土、纤维土、MICP土以及椰壳纤维-MICP复合改良土开展无荷膨胀率试验和有荷膨胀率试验,研究改良前后膨胀土无荷膨胀率、有荷膨胀率随纤维掺量的变化规律,并对比分析单一改良方式和复合改良方式下纤维掺量对膨胀土膨胀特性的影响,最后通过电镜扫描试验,观察土样微观结构,揭示纤维-MICP复合改良膨胀土特性的内在机理。结果表明:单掺椰壳纤维和MICP技术改良均可抑制膨胀土的膨胀性能,而椰壳纤维-MICP复合改良土的改良效果最明显,且随着纤维掺量的增加,纤维土和复合改良土的无荷膨胀率和有荷膨胀率呈现出先减后增的趋势,纤维最佳掺量为0.5%,电镜扫描试验显示椰壳纤维可发挥桥联的作用以增强MICP膨胀土的改良效果。

冲击荷载下珊瑚礁灰岩动态力学特性及损伤特征

为研究2种珊瑚礁灰岩在冲击荷载下的动态力学特性和损伤特征,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对珊瑚格架灰岩和珊瑚砂屑灰岩进行10~190 s-1应变率范围内的冲击压缩试验,得到不同应变率下珊瑚礁灰岩的应力-应变曲线,分析试验中试样的动态峰值应力和弹性模量的应变率效应及能量耗散规律,并结合高分辨率CT扫描和图像处理技术,揭示试样的损伤破坏特征。结果表明:格架灰岩的动态应力-应变曲线具有明显的弹性变形阶段,而砂屑灰岩的压密阶段较为明显;动态峰值应力随应变率的增大呈幂函数增长,格架灰岩的应变率效应较明显,动态弹性模量与应变率满足负指数关系;格架灰岩对能量的吸收能力整体强于砂屑灰岩;珊瑚礁灰岩损伤裂纹多沿生物组分胶结差、贯通孔隙多的部位发生,中高应变率下格架灰岩的损伤裂纹以骨架扩展贯通为主,呈脆性劈裂破坏,而砂屑灰岩主要发生穿孔传播,呈压碎破坏模式,研究成果对岛礁工程建设中动力灾害的预防具有一定的指导意义。

土木工程学科前沿讲座课程教学模式研究

项目组针对研究生课程土木工程学科前沿讲座的特点和研究生的个性特征,基于多元智能理论、建构主义学习理论和以学生为中心的原则构建了“多元一体”课程教学模式,将土木工程学科前沿讲座课程中的多学科基本理论、研究前沿和研究方法以及工程实践等各部分内容看作一个整体,坚持“理论实践一体化”教学;采用多维互动式、多向拓展式、基于“多元智能”的教学团队式、讨论式Seminar教学法和情境教学法等多元教学模式,充分激发研究生的学习热情和兴趣。同时,采取多元立体化评价考核模式,系统客观地评价研究生的学习情况,这样不仅有效地提高了教学效率,还强化了研究生的自主学习能力。在总结回顾土木工程学科前沿讲座课程教学模式实践过程的基础上,项目组对进一步完善该教学模式进行了几点思考:一是要加强教师团队成员之间的交流;二是充分搜集更多更好的素材,丰富案例库和完善多媒体课件;三是加强“仿真”实验室建设。

电解锰渣-生活垃圾焚烧底渣协同制备路面基层材料试验研究

我国电解锰渣和城市生活垃圾焚烧底渣堆存量大,污染严重,亟需开发经济可行的资源化利用技术。采用电解锰渣和城市生活垃圾焚烧底渣制备一种路面基层材料(RBM),并研究以不同Ca/Si比(质量比)制备的RBM的化学组成、力学性能、耐久性、浸出特性、水化产物和孔隙结构。采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDX)和压汞等表征手段研究RBM的水化产物及微观结构,利用浸出试验研究RBM的浸出特性。结果表明,当Ca/Si为0.8时,RBM力学性能和孔隙结构最优,养护7 d后的无侧限抗压强度(UCS)达9.06 MPa,满足中国水泥土路面基层I级标准。RBM耐久性优异,养护28 d的RBM经过9次冻融循环和干湿循环试验后,UCS分别为11.63、9.90 MPa。RBM中的主要水化产物为CaAl_(2)Si_(2)O_(8)·4H_(2)O、3CaO·Al_(2)O_(3)(C3A)、2CaO·SiO_(2)(C2S)和CaMnSi_(4)O_(8),水化产物相互交错填充孔隙提高了RBM的强度及耐久性。RBM中重金属和氨氮浸出浓度符合中国地下水标准。该研究可在实现电解锰渣和城市生活垃圾焚烧底渣大规模利用的同时节约路面基层材料成本。

干燥失水条件下膨胀土的细观裂隙演化特征研究

干燥失水现象是引起膨胀土裂隙萌生和扩展的关键性因素,裂隙的演化过程对土体结构完整性和地基的长期稳定与安全具有重要影响。为了研究膨胀土干缩裂隙的演化特点,对原状土试样开展显微CT扫描试验,结合图像分析技术获取了土体细观裂隙的二维/三维图像与特征参数,从定性和定量角度分析了干缩裂隙的演化规律。结果表明:三维重构后的数字模型还原了膨胀土在干燥过程中的体积收缩特征,与试样实测的体积有较好的一致性;从显微CT图像中可以提取细观裂隙的量化指标,如裂隙率、裂隙数量、裂隙体积与裂隙结构特征参数等;随着含水率从24.0%下降至12.0%,膨胀土的裂隙率、裂隙体积呈增大趋势,裂隙数量呈减小趋势;根据裂隙的体积和几何形态特征将其分为连通裂隙和独立裂隙,干燥过程中连通裂隙的体积占比显著提高,独立裂隙数量不断减少;球棒模型有效地模拟了膨胀土裂隙的几何形态特征,在干燥失水过程中等效孔隙半径、喉道半径、喉道长度与孔喉配位数均有增大趋势,裂隙连通性显著增强;SEM图像表明细观裂隙的连通与黏土颗粒排列形式、粒间孔隙发育程度等存在重要关联。

珊瑚砂砾互层地基承载特性模型试验研究

岛礁在吹填过程中会形成珊瑚砂与珊瑚砾石相互交替的层状地基。为研究珊瑚砂砾交互地层地基的承载特性,通过室内模型试验,开展了纯砂、纯砾均质地基以及不同层厚比例砂砾互层地基的承载特性研究。试验结果表明:纯砂地基的承载力和变形模量随相对密实度的增大而增大,且密实地基的承载力明显高于中等密实地基;相同相对密实度下,纯砾地基的承载力和变形模量是纯砂地基的2倍以上;上砾下砂地基的承载力随砾层厚度的增大而增加,砾层具有一定的应力扩散作用,厚度越大,应力扩散越明显;上砂下砾地基的承载力随砾层埋深的减小而增大,地基下卧砾石层能使地基内一定深度处应力集中程度减弱,埋深越浅,减弱程度越大。试验结果对于确定砂砾互层地基的天然承载力及持力层选择具有重要意义。

椰壳纤维-MICP复合改良膨胀土强度特性

采用椰壳纤维联合微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对南水北调中线工程南阳段的膨胀土进行试验改良,开展无侧限抗压强度试验,对比分析素土、纤维土、MICP土以及复合改良土的应力应变特征曲线和破坏形态,并利用响应面法试验研究了椰壳纤维掺量、处理液掺量和胶结液浓度对改良膨胀土无侧限抗压强度的影响,得其最优配比。结果表明:单掺纤维和MICP技术改良均可提升膨胀土的无侧限抗压强度,而复合改良土强度提升最明显,纤维最佳掺量为0.5%;在轴向压力作用下,素土破坏形态表现为“脆性破坏”,MICP土表现为“完全脆性破坏”,纤维土表现为“塑性破坏”,复合改良土表现为“弹塑性破坏”;经统计软件方差分析,对复合改良土强度影响最主要因素是胶结液浓度,其次为处理液掺量、纤维掺量。

植酸酶诱导磷酸铵镁修复铅锌尾矿砂的试验研究

以铅锌尾矿砂为研究对象,提出一种新型植酸酶诱导磷酸铵镁(PIMAP)技术对其进行修复,并与传统磷酸铵镁水泥(MAPC)进行比较,通过无侧限抗压强度试验、重金属浸出毒性试验以及微观分析等手段,研究PIMAP和MAPC处理后铅锌尾矿砂的固化特性和重金属稳定化效果。研究结果表明:经PIMAP处理后重金属铅、锌、镉浸出毒性显著降低,均满足地下水标准要求;重金属从较活跃的离子交换态和碳酸盐结合态向较稳定形态转化。在固化剂质量分数为8%时,尾矿砂的无侧限抗压强度可达2.45 MPa,较MAPC处置后强度提升20%以上,可用作路基底基层;PIMAP固化过程产生的磷酸铵镁较MAPC的多,晶体尺寸更大,且固化后试样pH约为7.5,明显比MAPC固化试样的低。

MSWIBA改良海相淤泥质工程渣土性能与机理研究

利用MSWIBA与氢氧化钙-矿粉(GGBS)协同固化改良渣土,通过强度及浸出试验探究MSWIBA改良渣土的性能,采用XRD以及SEM-EDS对改良土进行微观表征。结果表明:掺入5%~10%的MSWIBA能改良渣土水稳性,有效降低渣土的液限;5%MSWIBA掺量的改良土具有较佳的应用效益,其水稳系数提高了16%、液限降低了5%,7 d无侧限抗压强度为1.95 MPa,符合路基填筑强度要求;改良土重金属浸出浓度均低于0.05 mg/L,符合Ⅲ类地下水以及Ⅱ类地表水的要求;MSWIBA改良土的主要水化产物为(N,C)-A-S-H以及钙矾石,强度和污染组分的稳定性均有提升,材料低碳经济,具有良好应用前景。

粗粒含量对珊瑚礁砂混合体剪切特性的影响

珊瑚礁砂混合体是基础设施重要持力层,为了探究颗粒级配组成对珊瑚礁砂混合体的抗剪强度及剪胀性的影响,利用全自动中型叠环直剪仪,在相同密实度下,对不同P5含量、不同含水率的试样,在50、100、200、400 kPa这4种不同法向应力下进行单剪试验。试验结果表明,珊瑚礁砂混合体的抗剪强度随着P5含量的增加呈现先增大后减小的趋势,并在P5含量为25%~50%时达到最大值;珊瑚礁砂混合体在剪切过程中,总体存在先减缩后剪胀的特点,P5含量对剪胀性、内摩擦角、似黏聚力都有着显著影响;含水率对珊瑚礁砂混合体的抗剪强度有着减弱作用。

动力排水固结中孔隙水压力增长和消散规律

基于现场实测 ,对动力排水固结法处理饱和软粘土地基过程中的孔隙水压力变化特性进行了分析研究 ,发现孔隙水压力增长与消散具有独特的规律 。

灰色预测在软土地基沉降分析中的应用

运用灰色理论建立了软基沉降的不等时距预测 GM(1 ,1 )模型 ,并可用残差的 GM(1 ,1 )模型对其进行修正。

动力排水固结法加固饱和软粘土地基试验研究

针对强夯法加固饱和软粘土地基时超静孔压消散难和易出现"橡皮土"现象,提出强夯和排水固结二者结合的动力排水固结法,利用立体排水系统来加速夯后超静孔压的消散和软土固结,并结合某港口仓库软基加固工程进行了现场试验研究,对动力排水固结法的加固效应、加固效果及工艺特点等进行了分析和讨论。

钙质粉土的固结特性试验研究

由于水力吹填的分选作用,南海吹填珊瑚礁地基中含有厚度不均的细颗粒钙质粉土夹层。相比粗颗粒礁砂而言,钙质粉土的压缩性高、承载力低、沉降变形大,对建筑物安全造成不利影响。通过室内固结试验,查明了钙质粉土的压缩特性,揭示了钙质粉土的主固结沉降量、次固结沉降量、固结时间和固结速率特征,为更好地了解钙质粉土的工程性质和珊瑚礁地基沉降计算提供科学依据。试验结果表明:钙质粉土压缩系数在0.03~0.37 MPa-1之间,压缩模量在6.67~54.79 MPa之间;压缩系数与含水率成正比,与干密度成反比。其中,含水率小于15%的中密和密实钙质粉土的压缩系数小于0.1MPa^(-1),压缩模量大于20.0 MPa,属于低压缩性土;松散的钙质粉土均属于中压缩性土。与相同干密度和含水率的石英砂相比,石英砂的压缩系数比钙质粉土大,即钙质粉土比石英砂压缩性更低;与相同干密度和含水率的杭州湾粉土相比,两者均属于中压缩性土,但钙质粉土的压缩模量比杭州湾粉土略大,压缩系数略小;当荷载大于200 k Pa时,钙质粉土在固结试验前5 h固结度达到了0.95,因此,建议钙质粉土的固结试验在荷载小于200 kPa时固结时间仍取24 h,当荷载大于200 kPa时取5 h,此举将大大节省测试时间,提高测试效率。

动力排水固结法的加固机理及工艺特征

在分析动力排水固结法加固软粘土地基的机理和特点的基础上,提出了适用于处理软粘土地基的动力排水固结法施工工艺。

矿岩可崩性分级的人工神经网络识别

矿岩可崩性是地下矿山能否用自然崩落法开采的重要依据之一 ,利用人工神经网络 (ANN)进行矿岩可崩性分级识别 ,有利于真实地描述矿岩可崩性与其影响因素之间的非线性关系。为此 ,采用人工神经网络理论 ,建立了矿岩可崩性的神经网络识别模型 ,结合工程实例对其矿岩可崩性进行分级识别 。

粉喷桩单桩复合地基承载特性的有限元分析

采用有限元法对粉喷桩单桩复合地基的承载特性进行数值试验。.分析了在整个加荷过程中单桩荷载传递特性和该复合地基的桩土应力比的变化规律,同时分析了褥垫层厚度及其变形模量对桩土应力比的影响。