原位激发微生物矿化处理铅污染土的工程特性与环境安全性研究

随着城市化进程的加速,重金属污染场地的修复、开发和再利用日益受到社会关注。以典型重金属污染物铅为研究对象,利用原位激发微生物矿化方法探究了铅浓度对土壤酸碱度、活菌数以及尿素和铵根浓度等细菌活性指标的影响,通过测试固化土的无侧限抗压强度、渗透系数和毒性浸出浓度,评估了铅污染土的固化效果。结果表明,原位激发方法可以实现低铅浓度污染土中脲酶菌的富集,激发7d后土中活菌数最高可达到10^(9)CFU/g数量级,但高浓度的铅污染物将显著抑制微生物的生长与活性。原位激发MICP处理铅污染土的强度和防渗性均随固化时间呈增长趋势,其中40mM铅污染土固化14d的强度大幅提高,渗透系数可降低至6.5×10^(-6)m/s。铅的浸出浓度随固化时间均不断降低,低铅浓度污染土固化14 d后在中性或弱酸性环境下的浸出浓度可低于0.1 mg/L。根据固化铅污染土的工程特性与环境安全性试验结果,结合环境扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和微生物16 s全基因组重测序等手段,揭示了原位激发微生物矿化处理铅污染土的固化机理。

水泥-微硅粉改良膨胀土工程特性试验研究

为研究水泥和微硅粉复合改良膨胀土作为路基填筑材料的工程性质,以南阳市内乡县某路段膨胀土路基填料为研究对象,通过膨胀力试验、无荷膨胀率试验、无侧限抗压强度试验以及直剪试验,分析其在不同养护龄期下的膨胀特性和力学特性,结合SEM电镜扫描分析改良机理,并探讨了改良膨胀土力学特性变化与微观形貌之间的关系。结果表明:随着水泥、微硅粉的加入及养护龄期的增加,改良膨胀土的抗压强度及抗剪强度提高,膨胀性降低;采用水泥-微硅粉复合改良膨胀土的效果更优;综合考虑改良效果和经济性,改良剂的最优掺量为水泥7%、微硅粉10%。

城市生活垃圾焚烧渣工程特性试验研究

焚烧法减量效果显著,已成为生活垃圾的主要处理方法,然而城市生活垃圾焚烧会产生大量底渣,底渣如何处置利用是当前一个重要且亟待解决的难题。以武汉地区底渣为例,借助微观观测技术和室内测试试验,较为全面地分析武汉底渣的物理、化学及工程特性,与不同地区底渣特性进行对比,并进一步探讨武汉底渣在道路工程中作为路基填料、垃圾填埋场中用作防渗层的可行性。结果表明,底渣颗粒形状各异,表面光滑且有细小孔洞,是一种塑性较低、比重较高的级配不良砂性粗粒土;底渣重金属元素浸出浓度均未超过国家相关标准的规定限值;底渣的击实性与中细砂相似,有一定的压缩性,但其固结特性不明显;底渣的渗透系数略大于细砂,经掺和膨润土后可考虑用作垃圾填埋场防渗材料;底渣内摩擦角接近中细砂取值,同时还具有一定的黏聚力;在承载变形能力上,底渣的CBR测定值较高,满足路基工程材料对承载力的要求。

干湿循环条件下复合改良膨胀土的工程特性及微观机理研究

为研究粉煤灰(高钙)复合木质素纤维改良云南蒙自膨胀土的工程特性和微观机理,开展改良土的胀缩特性试验,并且在干湿循环条件下进行复合改良土的力学特性试验,结合改良前后微观结构和物相变化分析得出改良机理。试验表明:粉煤灰能降低膨胀土的膨胀率,单掺粉煤灰改良土胀缩率降低至无膨胀性水平,土体强度提升,黏聚力增幅显著,试样趋于脆性破坏,最佳掺量为20%。以最优粉煤灰掺量复合木质素纤维进行力学特性试验,复合改良土强度较单一改良土均有进一步提升,且强度随养护龄期延长而继续增加;土体内摩擦角随改良物掺入并无明显变化,基于素膨胀土上下微小波动,20%粉煤灰+1.0%木质素纤维为最佳复合改良配比。进行干湿循环试验后,试样无侧限抗压强度、抗剪强度和黏聚力均随干湿循环次数增加而减小,在前三次干湿循环中降幅较大,内摩擦角随干湿循环次数增加无明显规律变化。改良土强度在数次干湿循环过程中力学特性均优于膨胀土,其中复合改良抑制干湿循环破坏效果比单掺改良更好。结合微观试验结果可知,掺入粉煤灰后土体中生成了硅酸胶凝产物,该产物可填充土体中的孔隙,增加土体密实度,纤维掺入可抑制土体干湿循环过程裂隙发育。

潟湖污泥改性土工程特性与环境风险研究

为实现典型潟湖污泥的无害化处理与资源化利用,文章以海南万宁市小海潟湖污泥为研究对象,利用高炉矿渣、钢渣、工业石膏等大宗工业固废为原料制备的软土固化剂对污泥土进行固化处理。结果显示,软土固化剂改善了潟湖污泥的抗压强度、抗剪强度以及液塑限等工程性能,降低了污泥土中的重金属浸出浓度与迁移释放能力,同时增加了种子发芽指数,使改性污泥土能够满足建设用地回填土强度要求与园林绿化用土的安全指标。通过SEM、XRD表征分析发现,潟湖污泥原样中的硅、铝成分,在碱性激发剂、钢渣粉、矿粉等提供的碱性环境下参与了水化反应,使改性污泥土表面出现大量孔洞以及棒状、片状等稳定的结晶物和以凝胶态存在的水化产物,进一步使污泥土内部结构密实紧凑,颗粒间联结增强。经过软土固化剂固化后的潟湖污泥土工程特性得到显著提升,并使污泥中重金属得到固化稳定化,其环境生态毒害性也得到有效减弱。

甘肃省甘谷-庄浪地区新近系泥岩工程特性研究

甘肃省甘谷-庄浪地区广泛分布新近系泥岩,其工程特性对建筑物地基、边坡等稳定性具有较大影响。综合分析区域地质资料,通过野外地质调查、取样试验分析等手段,以宏观和微观相结合的方式全面探讨研究区新近系泥岩工程特性。研究表明:新近系泥岩黏土矿物成分主要为伊/蒙混层、伊利石、高岭石、绿泥石,其地球化学成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO为主,泥岩自由膨胀率一般小于3%,膨胀力小于100 kPa,天然状态单轴抗压强度小于5 MPa,天然抗压强度、抗剪强度(黏聚力、内摩擦角)均随着天然含水率的增加而减小。研究成果对泥岩地区工程建设地质灾害防治、工程设计、施工及安全运营等方面具有重要意义。

碳酸盐渍土工程特性及固化技术研究进展

针对碳酸盐渍土区岩土材料的膨胀、溶陷和冻融损伤等病害,综述了碳酸盐渍土物理、化学和工程特性的研究现状。针对如何改变碳酸盐渍土对工程的不利影响,归纳了工程上常用到的固化碳酸盐渍土的方法,并分析了不同方法的固化机理。综述了不同方案固化后的碳酸盐渍土的物理性质、力学性质和在寒区的表现。对固化碳酸盐渍土的发展前景进行了展望,提出了工程上碳酸盐渍土研究的潜在方向。

羟基纤维素改良预崩解炭质泥岩工程特性研究

为探究羟基纤维素对预崩解炭质泥岩工程特性的改良效果,开展了无侧限抗压强度、干湿循环以及理化特性的试验,以分析掺量、养护时间、干湿循环次数对预崩解炭质泥岩力学和理化特性的影响,并结合扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)技术揭示了羟基纤维素改良预崩解炭质泥岩的微观机制。结果表明:在养护时间相同的情况下,改良后的预崩解炭质泥岩的无侧限抗压强度随羟基纤维素掺量的增加呈现出先增大后减小的趋势,且当掺量为4%时,其无侧限抗压强度达到最大值;当羟基纤维素的掺量保持不变时,随着养护时间的增加,改良后的预崩解炭质泥岩的无侧限抗压强度也随之增加,并在养护14 d后趋于稳定;在干湿循环作用下,经羟基纤维素改良后的预崩解炭质泥岩的无侧限抗压强度变化符合指数函数规律;改良后的预崩解炭质泥岩的pH基本保持不变,而TDS值、电导率及盐度均有所降低;羟基纤维素主要通过胶结颗粒和填充孔隙的方式来增强预崩解炭质泥岩的力学性能。

袋体弹性模量对土工砂袋工程特性影响的有限元数值分析

为揭示袋体弹性模量对土工砂袋工程特性的影响,依托实际工程建立有限元数值模型,研究了3种不同袋体弹性模量下土工砂袋的受力与沉降变化,并进行现场试验与工程应用。数值分析显示,在竖向荷载200 kPa作用下,袋体弹性模量低的普通砂袋发生破坏,袋体弹性模量1000 MPa的高强砂袋最大拉力仅为其抗拉强度的27%,而3种不同袋体弹性模量下的土工砂袋沉降值差别不大。现场试验与工程应用表明,袋体弹性模量高的高强砂袋具有实用性,该技术既可减少潮水对项目施工的影响,也大幅节约了人材机等支出,具有先进性与推广价值。研究成果可为土工砂袋设计与施工提供理论指导与技术支撑。

常见岩石类型及其的工程特性探究

岩石作为地球表面的主要组成部分,可分为火成岩、沉积岩和变质岩,这种分类反映了岩石的成因和基本特性,对工程实践具有重要意义。岩石的矿物成分和结构决定了其物理和力学特性,直接影响工程的设计、施工和长期稳定性。常见岩石类型如花岗岩、玄武岩、砂岩、石灰岩、大理岩和片麻岩等在工程中具有广泛应用,这些岩石因其独特的形成过程和组成,表现出不同的强度、耐久性、透水性和加工性等特性,在建筑、道路、桥梁、隧道等工程领域发挥重要作用。As the main component of the earth’s surface, rocks can be divided into igneous rocks, sedimentary rocks and metamorphic rocks. This classification reflects the origin and basic characteristics of rocks, and is of great significance to engineering practice. The mineral composition and structure of a rock determine its physical and mechanical properties, which directly affect the design, construction and long-term stability of the project. Common rock types such as granite, basalt, sandstone, limestone, marble and gneiss are widely used in engineering. These rocks show different characteristics of strength, durability, permeability and workability due to their unique formation process and composition, and play an important role in construction, roads, Bridges, tunnels and other engineering fields.

基于荷载作用的膨胀土工程特性试验研究

为了全面了解膨胀土的工程特性,找出合理的膨胀土工程处理方案,进行了荷载作用下的膨胀试验和收缩试验,得出如下结论:无竖向荷载时,土样膨胀率最大;足够大的荷载可以控制膨胀土的膨胀性;土样的干密度与竖向荷载成正比变化;荷载与土样收缩性相关指标的关系曲线也同样存在控制拐点。

地聚合物稳定再生骨料和水泥稳定再生骨料路面基层工程特性对比试验研究

通过利用废弃混凝土破碎后的粉体、粗集料和细骨料来制备地聚合物稳定再生骨料和水泥稳定再生骨料,并依据现行规范对二者的工程特性进行对比试验研究。研究结果表明,地聚合物稳定再生骨料的无侧限抗压强度、无侧限抗压回弹模量、水稳定性以及干缩指标均满足相关规范要求。在相同地聚合物和水泥掺量下,水泥稳定再生骨料的力学性能优于地聚合物稳定再生骨料;二者的水稳定性处于同一水平;地聚合物稳定再生骨料的干缩性能优于水泥稳定再生骨料。

高含水量水泥土工程特性试验研究

为研究高含水量水泥土工程特性,对不同配比的高含水量水泥土试块进行了无侧限抗压强度试验以及直剪试验。结果表明:可以采用水泥土含水量与水泥掺入量的比值作为评价水泥土性质的参数,且采用幂函数能够较好地表述水泥土强度和含水量与水泥掺入量比值的关系。将龄期为28 d时的水泥土强度作为基准,利用对数函数估算不同龄期下的水泥土强度值。本次试验观测到水泥土的变形模量约为强度的86.5倍。水泥土的内摩擦角随着强度的增加而增大,本次试验中水泥土的无侧限抗压强度从85.4 kPa增加到1811 kPa时,对应的内摩擦角从30.4°增加到45.0°。水泥土的黏聚力随强度的增加呈线性增大,本次试验中黏聚力约为强度的0.181倍。

钢渣和石灰改良膨胀土的工程特性研究

在天然膨胀土中添加钢渣和石灰以改良工程性质。对改良后膨胀土进行界限含水率、压实性、膨胀性以及承载比试验,研究钢渣和石灰作为添加剂对膨胀土工程特性的影响。结果表明,随着钢渣/石灰掺量的增加,液限、塑限等界限含水率降低,最优含水率下降而最大干密度增加;掺钢渣和石灰后,改良土的膨胀性能显著降低,承载比明显增加。相同条件下,钢渣对膨胀土工程特性的改良作用优于石灰,而两者结合使用时效果更佳。这是由于钢渣除了与膨胀土发生离子交换,产生絮凝作用外,还可生产C-S-H等胶凝物质,加入石灰可以激发钢渣胶凝物质的反应。

坚硬黏性土遇水膨胀和软化工程特性研究

为研究某国外工程中坚硬黏性土遇水膨胀和软化的工程特性与规律,通过室内土工常规试验和特殊试验2种方法,开展了泡水2 d、4 d、8 d的限制膨胀泡水快剪试验和泡水预压固快试验等特殊试验,将特殊试验成果与常规试验成果进行对比分析,总结了坚硬黏性土遇水膨胀软化后强度降低的程度,强度降低与浸泡时间的关系,限制膨胀泡水对强度降低的影响,泡水对内聚力和内摩擦角的影响等,可为今后的工作提供借鉴和指导。

原位高压旋喷化学氧化对石油烃污染粉质黏土工程特性的影响

化学氧化广泛应用于石油烃污染土壤修复,但化学氧化作用对石油烃污染黏性土工程特性的影响尚不明晰。通过原位高压旋喷化学氧化试验,对比分析石油烃污染与氢氧化钠活化过硫酸钠氧化作用对长江下游地区粉质黏土工程特性的影响,并定量评价石油烃污染和化学氧化作用对土的工程特性影响程度。结果表明:石油烃污染(720 mg/kg)对粉质黏土的渗透性影响程度为中等;掺量为3%的氢氧化钠活化过硫酸钠氧化作用对石油烃污染土的干密度影响程度为中等,对含水率、孔隙比、界限含水率、压缩性、渗透性影响程度为大;未污染土、污染土和修复土的压缩指数与液限存在良好的线性关系;未污染土和污染土的渗透系数与孔隙比在半对数坐标系中存在良好的正相关关系;而修复土的渗透系数与孔隙比关联关系较差。研究结果为长江经济带类似污染场地的修复与安全再利用提供指导。

稻壳灰-高炉矿渣固化膨胀土工程特性及机理

为了改良膨胀土力学性能,提高其膨胀变形稳定性,通过无侧限抗压、自由膨胀率、扫描电镜和X射线衍射等方法,研究以工业固废稻壳灰-高炉矿渣(RHA-GGBS)为材料环保固化剂的膨胀土固化效果及机理.结果表明:固化剂对膨胀土力学性能有显著提升,当配比超过6∶4或RHA-GGBS质量分数超过10%时,力学性能不升反降.试样养护前后自由膨胀率降低原因不同,养护前为替换作用,养护后为水化反应。养护后的试样自由膨胀率降幅均高于未养护的,养护组较未养护组降幅最高为3.6倍.在10%RHA-GGBS质量分数临界值条件下,试样生成的团聚体、少量针棒状物及大量无定型凝胶均分布在土体的表面及孔隙;RHA-GGBS可提高土体强度,降低土体膨胀,RHA-GGBS质量分数超过临界值时,存在过量SiO_(2)无法反应,生成物总量限制,使得固化反应受到不同程度的抑制作用的影响.

高填方土石混合料的工程特性分析

广泛应用于高填方工程中的土石混合料,具有显著的非均质、非连续特征,工程特性不仅取决于土和石本身的力学性质,也与土石相对比例、粒组组成等因素相关。以国内典型机场高填方工程为研究背景,收集整理了万州、巴州、攀枝花、承德、龙洞堡、三明、康定、重庆等8座机场71个料区的填筑料的145条颗分曲线,系统开展了高填方典型土石混合料的尺度特征、级配特征及强度等工程特性分析,为土石混合料在高填筑体中的进一步应用积累研究经验。结果表明,山区机场高填方最大填筑高度在20~60 m之间;高填方挖填量多在1.5×10^(7)~3×10^(7)m^(3)之间,岩性类土石混合料是目前机场高填方工程填料的主体,粒径分布范围多在600~0.25 mm之间,尤以200~60 mm的粗颗粒含量最多。填筑料颗粒粒度普遍变化大,最大粒径甚至达到1000 mm;不均匀系数Cu变化范围很大,介于4.17~220之间;除巴中机场外,其余机场高填方土石混合料的最大粒径均超过60 mm。填料内摩擦角和黏聚力主要受土颗粒粒径、密度和颗粒排列形状控制,形成土体骨架结构的粒径越大,骨架结构的土颗粒密实度越高,形成骨架结构的土颗粒越不光滑,强度也越高。

黄泛区粉土工程特性及其改性固化研究进展

黄泛区粉土主要分布于山东、安徽、河南和江苏等地区,是由黄河泛滥、改道沉积而形成。在黄泛区的公路工程中,该种类型粉土常被用作路基填筑材料。本文聚焦黄泛区粉土的路用工程特性,对粉土的矿物组成、粒径分布、界限含水率、静动力学特性及冻融特性进行总结。在此基础上,探究了粉土改性固化的方法,对无机类固化剂、有机类固化剂以及生物酶固化剂改性固化粉土的作用机理、力学强度和耐久性等方面进行综合分析。从粉土的改性固化效果来看,无机类固化剂对粉土的固化效果在早强、水稳性和冻稳性等方面存在明显差异;复合类固化剂具有成本低,稳定性好等特点,在实际工程中较为广泛采用;生物酶类固化剂由于技术成熟度尚待提高,目前尚未在公路工程中大规模推广应用。但由于生物酶类固化粉土的方式具有绿色、低碳、环保等优势,综合建议:在夯实和扩宽复合类固化剂类型及应用范围的基础上,稳步提升和改善生物酶类改性固化粉土技术,在保证改性粉土优良的路用性能的同时,为我国的碳中和规划作出贡献。

不同修复技术对石油烃污染粉质砂土工程特性影响室内试验研究

石油烃污染土原位修复技术众多,但不同修复技术对石油烃污染粉质砂土工程特性影响的差异性尚不清楚。针对热脱附修复、化学氧化修复和热脱附耦合化学氧化修复3种不同修复技术修复完成后的石油烃污染土,分别开展了相关室内工程特性试验,对比分析了不同修复技术对石油烃污染粉质砂土工程特性的影响并作定量评价。试验结果表明:经热脱附修复完成后的土体整体工程特性显著提高,具体体现在含水率降低、平均孔径增大、抗剪强度和渗透性增加以及压缩性降低;化学氧化修复后土体的工程特性则相对变差,热脱附耦合化学氧化修复对土体工程特性的影响介于两者之间。进一步分析发现,污染土修复前后各力学指标与其残余石油烃浓度以及含水率存在较好的相关关系,不受修复技术的影响。在此基础上,提出了不同修复技术下污染土各力学指标的统一估算方法。该研究成果为石油烃污染场地在不同修复技术下的安全再利用提供设计指导。