真空热固结联合强夯处理工程废浆试验研究

为解决真空热固结过程中热量与真空负压在土体中衰减而导致土体加固效果不均匀的问题,利用强夯法能改善土体密实度的特性,将真空热固结法与强夯法联合应用于工程废浆的加固处理,通过4组室内模型试验研究不同夯击时机对土体加固效果的影响。结果表明:沉降速率为每3 d沉降4 cm时为最佳夯击时机,土体表面沉降比其他试验组提高26.55%、11.72%和3.74%,对工程废泥浆的处理效果最佳,能有效解决真空热固结下深层土体加固效果差的问题,并提高土体的均匀性。通过微观结构分析发现,合适的夯击时机下,由于土颗粒之间的孔隙重分布,导致土体密实程度更高,十字板剪切强度随之增大。此外,内部孔隙重分布产生微裂缝形成的排水通道对排水有一定的促进作用,进一步提升了固结效果,在合适的夯击时机下,对土体的十字板剪切强度与固结度均有促进作用。

非饱和黄土的水蒸气吸附特性

为研究非饱和黄土对水蒸气的吸附特性,采用蒸汽平衡法开展不同湿度环境下的等温吸附试验,分析水蒸气在非饱和黄土表面的吸附行为,并探讨温度、矿物成分及含量、干密度对土体吸附性能的影响。结果表明:非饱和黄土水蒸气吸附量随相对湿度的增加而增加,整个过程包含了单层吸附、多层吸附和毛细凝聚3个阶段,且GAB模型可以用来描述非饱和黄土的水蒸气吸附过程;水蒸气吸附量与温度之间存在明显的负相关关系,相对湿度恒定,水蒸气吸附量随温度的升高而降低;非饱和黄土的水蒸气吸附与矿物组成密切相关,黏土矿物含量直接影响其水蒸气吸附能力;此外,干密度对水蒸气吸附量的影响可分为两个阶段,在相对湿度RH<80%时,水蒸气吸附量随干密度的增大而增大,直到进入毛细凝聚阶段,随着干密度的增大,水蒸气吸附量不再增大反而有所降低。

逐级加压启动时机对电动硅化法加固软黏土影响

逐级加压法可以有效提高电渗后期处理效果,降低能耗。本实验采用逐级加压的方式对电动硅化法进行优化,以解决电动硅化法中实验后期排水速率低、实验能耗大、电极腐蚀严重等问题。设置4组不同逐级加压启动时间实验研究最佳的逐级加压启动时机,对实验过程中电流、排水量进行监测,分析实验结束后土体的沉降量、含水率、抗剪强度,并计算各实验过程中的能耗系数,深入探究不同加压启动时机对电渗处理效果的影响。结果表明:逐级加压的通电方式可以有效提高电渗处理效果,并且逐级加压存在最佳的加压时机,当电流下降至峰值电流的60%时加压可以有效提高电渗的排水量,增大土体整体抗剪强度,土体均匀性较好,降低实验后期能耗系数。

采用骨料架构-固化技术对开挖淤泥加固试验研究

为了对淤泥和建筑垃圾进行处置,实现二者的共同资源化利用,在室内和现场分别对淤泥进行固化试验。将建筑垃圾作为骨料按淤泥质量比的15%添加到淤泥中,再向淤泥中加入淤泥固化剂,通过机械搅拌的方式将淤泥与建筑垃圾、固化剂混合均匀,然后对固化土进行养护。室内试验结果表明,当固化剂掺量为8%时,固化淤泥土强度较高,养护28 d后,室内无侧限抗压强度可达320 kPa;在现场试验中,静力触探试验和平板荷载试验表明,固化剂对淤泥的固化效果明显。将低剂量固化剂添加到淤泥中,固化淤泥土强度较低,骨料的架构作用不明显;当固化剂掺量为8%时,固化土的强度较高,骨料的架构作用有利于提升固化淤泥土的承载力,土体的承载力特征值可达325kPa,架构作用对固化淤泥土强度的提升率为71.05%,可实现淤泥和建筑垃圾的同步资源化利用。

真空预压-PVD排水板加固吹填土地基试验及数值模拟研究

对虎门港地区某施工现场典型吹填土开展了室内土工试验、真空预压-PVD排水板加固吹填土的室内单井模型试验,通过试验测量模型筒内的孔隙水压力、土体沉降量、排水板不同位置的真空度大小和试验排水量,并在模型试验结束后取模型筒内不同位置的土样进行直剪试验和含水率测定,对真空预压-PVD排水板加固土体效果和排水板淤堵问题进行了分析,并用Abaqus软件建立了相应的二维有限元模型,分析改变膜下真空度和改变排水板插入深度等因素对地基固结效果的影响。研究发现,土体的抗剪强度随着深度的增加而逐渐降低,土样的顶部沉降量最大,逐渐减少至中部以下土样的沉降仅有轻微差异,受淤堵层的影响,排水表现出在排水开始时排水量迅速增加,达最大值后逐渐减小,最后趋于稳定的现象;而随着膜下真空度的增大和排水板打设深度的增加,地基固结效果越好。

铝离子絮凝剂对微生物加固砂土效果的影响试验研究

灌注次数过多制约了微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)在实际工程中的应用。为了减少灌注次数、提高胶结效率,提出一种MICP加固强化方法,即在胶结液中添加铝离子絮凝剂,以提高MICP加固速率和增强加固效果。开展MICP砂柱试验,在胶结液中加入不同浓度AlCl3·6H2O进行灌注试验,然后测试加固砂柱碳酸钙含量及无侧限抗压强度(UCS)。在水溶液试验中,观察不同溶液条件下沉积物生成情况及溶液的pH值变化,并通过XRD、SEM试验研究铝离子絮凝剂对沉积碳酸钙的成分及形态的影响。结果表明:与常规方法的对照组比较,胶结液中加入适量铝离子絮凝剂,灌注3次后砂柱即可形成有强度的固结体,灌注5次后砂柱无侧限抗压强度可达到1.7MPa,而常规对照组达到相同的强度需要灌注9次。铝离子絮凝剂的掺入有效减少了MICP灌注处理次数,对实际应用有重要意义。

地铁联络通道冻结壁冻融灾害效应及其平均温度预测

冻结法因具有施工方便、强度高、防水效果好及对土体扰动小等优点在软土地区地铁联络通道施工中获得广泛应用。冻结壁平均温度作为衡量冻结效果的重要参数之一,其解析公式求解较为复杂,在实际工程中难以应用。建立了包括冻结管断裂灾害、隧道收敛变形灾害、冻结帷幕收敛变形灾害、冻结帷幕透水灾害和融沉灾害的地铁联络通道冻结壁冻融灾害链式效应机制,并考虑多种布管方案,采用冻结壁平均温度等效梯形法建立完整数据集,利用神经网络的高度非线性特征,建立能同时预测单排、双排和多排(n>3)布管形式下冻结壁平均温度的神经网络预测模型。研究结果表明,基于完整数据集构建的冻结壁平均温度神经网络预测模型能有效地反映不同冻结管布置参数和冻结壁厚度等参数与冻结壁平均温度之间的关系;冻结壁平均温度均随冻结管排数和冻结壁厚度增大而逐渐降低,随盐水温度、冻结管间距和排距增大而逐渐升高。

就地固化联合复合地基对堆载邻近桩基的影响

路桥并线路基修筑引起既有桥桩产生挠曲、侧向位移,严重时可能会造成重大坍塌事故的发生。结合工程现场试验,针对道路施工对邻近桥桩影响问题提出就地固化联合复合地基加固新方法,联合数值模型分析就地固化深度、固化土弹性模量和复合地基相关因素对邻近桩基的保护效果。研究结果表明:搅拌桩加固影响深度为1.5倍桩长左右,素混凝土桩施工会对被动桩在0.75倍桩长左右处产生最大水平位移。就地固化(2.0 m)+水泥搅拌桩法(1.8 m)可极大减小被动桩浅层水平位移,保护桥桩的安全。当固化土水泥掺量为5%~7%、水泥搅拌桩水泥掺量为12%~18%时,提高水泥掺量对减小被动桩水平位移有着明显的作用。同时,将普通褥垫层水泥搅拌桩替换为就地固化+水泥搅拌桩复合地基,桩身最大负弯矩减小近16.6%。

基于SEM的土体微观结构三维分析与分维计算方法

土体微观结构研究很早就建立了三维空间的分形模型,但分形维数计算所需参数很难由常规土工试验得到,限制了分形理论在土体研究中的应用。基于陕西定边与甘肃兰州原状土样的扫描电镜(SEM)试验,提出了三维化处理与三角形网格原理联合方法,可以得到土体颗粒(孔隙)不同测量尺度对应的表面积与体积计算值,由此实现分形维数的计算,并通过分形理论在土水特征中的应用验证了方法的有效性与可靠性。另外,三维化处理还可获取视孔隙率、比面等土体微观结构参数,可以作为土体微观结构定量分析研究的新途径。

地震作用下双层土质边坡稳定性上限分析

为探究地震作用对双层土质边坡稳定性的影响,基于极限分析上限理论,建立了地震作用下双层土质边坡旋转破坏机构。采用拟静力法简化地震荷载作用,推导了双层土质边坡安全系数表达式。分析土体黏聚力比、边坡坡角以及地震作用对双层土质边坡稳定性及其滑动面参数的影响。研究结果表明:在水平地震作用下,随着黏聚力比的增大,边坡安全系数呈非线性增大且潜在滑动面变浅;当水平地震作用增强时,边坡失稳破坏范围显著加大;随着竖向地震系数及黏聚力比的增大,边坡安全系数略微降低;水平地震作用增强时,竖向地震作用对边坡稳定性的影响逐渐增大,此时需要考虑竖向地震的影响。

微生物加固技术研究进展

生物加固是工程地质领域近年来发展起来的一个新分支,微生物诱导碳酸钙沉淀(microbially induced calcite precipitation,MICP)加固技术是常用的方法之一。MICP加固技术是借助自然界广泛存在的微生物,利用其代谢活动诱导产生具有胶结作用和充填作用的碳酸钙沉淀,从而达到提高土体强度、降低土体渗透性、改善土体工程性能的目的。近20年来,MICP加固技术在理论研究、模型试验及现场试验方面已取得了许多重要成果。为推进对MICP加固技术的认识及研究,文章基于MICP加固技术目前取得的研究进展,进行了文献调研与分析,系统介绍了MICP技术的加固机理及影响因素,归纳分析了MICP加固技术的应用实例,在此基础上深刻分析了MICP技术目前存在的问题和挑战。结果如下:(1)MICP的加固机理是在微生物诱导矿化作用基础上产生的碳酸钙沉淀对土体的充填作用、覆膜作用和胶结作用;(2)MICP固化效果的影响因素主要有:菌液及胶结液的性质、pH值、温度、土体类型、注入技术等,以上影响因素均可以通过影响碳酸钙的形成及胶结效果来影响MICP的固化效果;(3)MICP加固技术在土体加固、抗裂防渗、防风抗蚀、修复污染水土等方面展现出了巨大的潜力;(4)MICP加固技术目前仍存在一些问题,包括固化均匀性、土体耐久性、经济效益、环境安全与可持续性等方面,为解决这些问题,需要进一步综合微生物学、土力学、材料科学、环境科学等多个学科进行深入研究。相关探讨有助于加深对MICP加固技术的理解,推动MICP加固技术在工程地质领域的发展及应用推广。

盾构废弃粉质黏土泥浆底部真空脱水试验研究

盾构施工中产生的废弃粉质黏土泥浆具有含水率高、强度低、颗粒粒径较小及难以快速固结的特点,脱水处置难度大;如何对其进行有效的脱水固化处理,是减少其在运输或存储过程中污染环境的关键。基于自行研制的废弃泥浆真空脱水装置,开展自重、自重+真空、自重稳定+真空、自重稳定+分级真空等4种不同形式下的室内脱水模型试验研究,分析废弃粉质黏土泥浆在不同的加载方式下泥—水界面沉降、孔隙水压力、脱水量以及脱水后残余泥浆含水率的变化规律,并对不同加载方式下对废弃粉质黏土泥浆的脱水效果进行对比。试验结果表明:4种脱水方式中,先对废弃粉质黏土泥浆进行自重脱水处理、再对其底部分级施加真空作用的加载方式对废弃粉质黏土泥浆的脱水效果最好,可有效降低废弃粉质黏土泥浆的含水率;采用该方法对初始含水率为97.50%的废弃粉质黏土泥浆进行脱水处理后,其含水率分布范围介于28.21%~34.25%,其内部孔隙水压力最小可达-72.92 kPa。同时,基于分段线性化的思想建立了废弃泥浆一维脱水理论分析模型,对废弃粉质黏土泥浆在脱水过程中的泥—水界面沉降进行数值模拟,并将数值模拟与试验结果进行了对比分析;随后通过对不同加载方式下脱水效率进行模拟分析探究了最佳加载方式。该研究可为盾构废弃粉质黏土泥浆快速脱水处理提供理论基础和实践依据。

考虑衰减滞后的均质土坡双剪切带破坏模式研究

为了研究不同侵蚀条件下均质土坡双剪切带破坏模式的启动和形成机理,提出改进分层折减原理,引入综合折减系数(comprehensive reduction factor,CRF)和衰减滞后比(attenuation hysteresis ratio,AHR),获得基于分层折减原理的典型双剪切带破坏模式及剪应变演化规律,分析不同AHR条件下剪应变峰值及其位置,得到双带出现与双带稳定时的衰减扩散比(attenuation spread ratio,ASR)阈值条件,并与CRF曲线特征点对比,讨论将CRF作为双带特征判定指标的合理性。研究表明:典型双剪切带剪应变演化分为3个阶段,分别为向坡面方向积累、向坡面方向分裂并迅速扩展、向坡内侧迅速扩展。最终形成的剪切带范围由双带及其裹挟的滑带土体构成。随着AHR增长,剪应变峰值向坡面移动,第1峰值剪应变减小,第2峰值剪应变增加,峰值点剪应变总和不变,峰值点位最终趋于稳定。根据ASR阈值条件将不同AHR的边坡失稳过程分为单剪切带向坡面移动、双剪切带向坡面移动和双剪切带位置稳定3个区间,并验证了CRF判定条件的合理性。

盾构废弃黏土泥浆真空脱水试验与理论研究

针对泥浆池中盾构废弃泥浆在上部真空脱水作用下倒渣及运渣受限等问题,提出了一种废弃泥浆底部真空脱水方法。采用自行研制的废弃泥浆底部真空脱水装置开展了自重、自重+底部真空荷载、自重稳定+底部真空荷载、自重稳定+底部分级真空荷载4组不同脱水荷载工况下废弃黏土泥浆模型试验,分析了废弃黏土泥浆的泥‒水界面沉降量、孔隙水压力以及脱水后含水率和总脱水量等物理量的变化规律。结果表明,先对废弃泥浆进行自重脱水处理,再对其底部分级施加真空作用的脱水方式具有更好的脱水效果。采用该方法对初始含水率为103.00%的废弃黏土泥浆进行脱水处理后,含水率分布范围为37.10%~62.65%,其内部孔隙水压力的最小值可达−73.09 kPa,接近底部真空作用值−80.00 kPa;且该工况相较于其余3种工况,平均沉降量分别提高了106.40%、2.91%、6.15%,总脱水量分别提高了122.0%、8.0%、5.1%。同时,基于分段线性化有限差分(CS2)模型建立了废弃黏土泥浆真空脱水数值计算模型,对废弃黏土泥浆在脱水过程中泥‒水界面沉降量进行数值模拟,验证了数值计算模型的有效性。

微生物分解硅酸盐矿物增黏对砂土强度的影响

砂土因其无黏聚力而易导致地震液化和渗流侵蚀等工程病害问题,微生物矿化与分解技术的发展为提高砂土黏聚力提供了新的可能。利用胶质芽孢杆菌能够分解硅酸盐矿物的特性,采取人工营养液激励加速含钾长石、黑云母等硅酸盐矿物砂土的生物风化,分析经微生物处理前后砂土的强度参数、黏粒含量、矿物组分和粒间微结构的变化规律。结果表明:胶质芽孢杆菌处理后的砂土中黏粒含量增加了1.6%;黏聚力与处理时长呈线性正相关,120 d内有效黏聚力增加了23 kPa,有效内摩擦角则有轻微的减小;砂土中的钾长石、黑云母等硅酸盐矿物均产生了不同程度的分解破坏,X射线衍射谱图显示,微生物处理120 d后砂土中出现了新的高岭石衍射峰,表明胶质芽孢杆菌分解了黑云母和钾长石等硅酸盐矿物,产生次生黏土矿物高岭石,使砂土中黏粒含量增加。微生物分解硅酸盐矿物产生黏土矿物和胞外聚合物是砂土黏聚力提升的主要原因。营养物激励下矿物分解菌对硅酸盐矿物的风化作用对于改善砂土抗液化和抗渗流性能具有潜在的价值。

滩海吹填粉细砂地基长期承载力特性试验研究

对某运行10年以上出现沉陷冒水现象的滩海人工岛吹填粉细砂地基承载力进行分析,基于螺旋板载荷试验结果,研究了标贯击数、动探击数与地基承载力的关系,拟合了经验公式,在此基础上综合分析粉细砂地基承载力现状,探究地基长期承载力特性。研究结果表明,吹填粉细砂形成的滩海人工岛地基在长期反复的水力作用下可进一步密实,承载力有所提高,有利于场地的运行安全。但鉴于其松散特性,水力作用下易流失,防渗措施不到位可能导致沉陷脱空、冒水等工程问题,影响场地安全运行。因此,针对本工程沉陷冒水现象,需采取原位固化、帷幕封闭等防渗措施进行处理。

一种冻土温度场方程的解析解

冻土在我国分布十分广泛,冻胀现象是冻土区经常出现的问题,其导致的工程病害屡见不鲜。冻胀主要是由土体内部温度变化及水分迁移造成的,是一类极其复杂的温度、渗流及应力多场耦合问题。通过对冻土中的温度场进行分析,求解含冰量及孔隙率随温度变化条件下的冻土一般性瞬态热传导方程,获得其近似解析解并应用于冻土热传导过程的预测。通过与有限元计算所得精确解对比,验证其有效性。研究成果对冻土冻胀问题的深入研究具有一定的理论和实践意义。

堆载下深厚软土侧移分析及响应面预测方法研究

为预测路堤堆载作用下的土体侧移,为土位移法计算既有高铁桥梁桩基内力及侧移提供条件,本文采用Midas GTS建立二维有限元模型,计算路堤填筑产生的土体侧移,分析土体参数、路堤参数及堆载空间位置等因素对土侧移的影响。对各因素进行敏感性分析,采用响应面法,以5次多项式构建土体侧移与各因素之间的显式关系式。结果表明:路堤填筑后,土层总位移呈“灯泡”形,侧移沿深度方向呈现“弓”形;土体最大侧移随着土体泊松比、路堤堆载等级、路堤填筑宽度增加而增大,随距路堤中心距、土体弹性模量增大而减小;土体侧移对土体泊松比、路堤堆载等级、土体弹性模量、路堤填筑宽度、距路堤中心距离较敏感,对下层岩体的泊松比等因素不敏感;拟合得到的响应面函数可准确预测不同堆载等级下深厚软土土体侧移。研究结果便于快速估算堆载下土体侧向位移。

废弃泥浆改性机理与工程应用研究

为妥善处理并利用岩土工程施工产生的废弃泥浆,首先完成原材料选取和材料基本性能测试,然后进行多因素试验设计,通过无侧限抗压强度试验研究不同水泥和玄武岩纤维掺量对废弃泥浆改性材料力学性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)试验从微观角度分析废弃泥浆改性机理,最后依据试验结果开展实际工程应用研究,验证废弃泥浆应用效果。试验结果表明,掺加水泥和玄武岩纤维可有效改善废弃泥浆改性材料力学性能,掺加玄武岩纤维后改性材料压缩变形阶段有效缩短;微观上,水泥与泥浆颗粒形成胶结团粒,玄武岩纤维将胶结团粒和泥浆颗粒更有效地连接,形成更紧密的整体结构单元。

雄安新区建筑地基处理实践与探讨

以雄安新区起步区建筑地基处理工程为例,分析了场地的工程地质和水文地质条件,分别介绍了某多层建筑和某高层建筑的地基处理以及基坑支护的设计与施工情况。通过复合地基静荷载试验和单桩静荷载试验,探讨了复合地基承载力和单桩承载力。从技术与经济两个方面分析比较了高含水率场地CFG复合地基处理方案与灌注桩基础方案优劣。本研究可为下一阶段雄安新区的全面建设提供理论支持和经验借鉴。