水泥改良黄土崩解试验研究

黄土具有多孔亚稳结构和水敏性,遇水时易发生崩解。黄土的崩解性是促进黄土高原地区水土流失、崩塌、滑坡等地质灾害发生的主要因素之一。作为一种造价低、应用方便的材料,水泥改良黄土(cement improved loess, CIL)在黄土地基、边坡工程中应用广泛,但其抗崩解性研究较少。为此,该文通过原状及不同掺量下的CIL室内崩解试验和扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)试验,分析改良前后黄土的崩解行为,探究水泥对黄土崩解性的改良效果及作用机制。结果表明,掺入水泥可大幅提升黄土的抗崩解能力,低掺量下CIL仍具有完整的崩解过程,但水泥能填充粒间孔隙,阻碍水分运移,同时水泥水化物及其与黄土颗粒的作用能增强粒间胶结,从而延缓了黄土崩解进程。随着水泥掺量的增加,抗崩解效果愈明显,累积崩解百分量几乎为0。土样不发生崩解的最小水泥掺量为3%。研究结果对黄土的抗侵蚀性研究和防灾工程设计具有重要意义。

微生物诱导碳酸盐沉淀修复铜污染黄土的试验研究

利用微生物诱导碳酸盐沉淀修复重金属污染场地是一种具有较大潜力和应用前景的修复技术。然而,由于在生物矿化应用于西北地区污染场地时黄土中富含的碳酸盐、各种矿物以及周围环境酸碱度(pH值)对重金属赋存形态影响甚剧,其中的内在影响机制仍有待更进一步的探究。通过一维土柱试验考虑不同Cu(II)浓度(500、2000 mg/kg和4000 mg/kg)来制备污染黄土试件,后通过注入不同体积(50m L和100m L)的细菌胶结液对其进行修复,以Tessier顺序提取、土壤pH值测量和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析不同深度土样的修复效率。结果表明,注入细菌胶结液可将可交换态的Cu转变为生物毒性更低的赋存形态(比如碳酸盐结合态Cu),然而当Cu(II)浓度较低(500 mg/kg)时,未见类似的Cu赋存形态转变。因为土柱不同深度土样Cu赋存形态的转化与周围环境pH值紧密相关,且pH值与注入细菌胶结液的体积呈正比关系,碱性环境进一步促进了Cu和黄土中矿物的配位吸附,但是当碱性环境进一步提高时,修复效率因铜氨络合物的生成而显著降低。这些发现强调了将微生物诱导碳酸盐沉淀(microbially induced carbonate precipitation,MICP)技术应用于铜污染场地复原治理的潜力。

寒区低温环境水泥改良黄土性能与应用

针对中国寒区气候寒冷、全年平均气温低的气候特点,采用5℃、10℃、20℃、30℃分别模拟低温、室温和中温养生条件下水泥改良湿陷性黄土的现场养生条件,基于室内试验分析养生环境温度、水泥掺量、养生龄期对水泥改良黄土RCBR(加州承载比)、无侧限抗压强度、动态回弹模量的影响规律;进而采用冻融循环试验和动水冲刷试验研究水泥掺量和养生温度对水泥改良黄土抗冻融耐久性和抗冲刷性能的影响。结合室内试验成果,将4%和5%水泥改良黄土应用于填筑高速公路上路床和下路床,并测试试验段水泥改良黄土路床顶面的回弹模量、FWD动态回弹弯沉和贝克曼梁静态回弹弯沉,最终建立路床顶面回弹模量与实测弯沉以及动、静弯沉之间的拟合关系。结果表明:水泥改良黄土的RCBR、无侧限抗压强度和动态回弹模量等力学指标均随养生温度的增加和水泥掺量的增大而持续增大;经历9次冻融循环后水泥改良土的动态回弹模量趋于稳定,综合考虑水泥改良黄土的抗冻性、抗冻融耐久性和经济性,推荐适宜的水泥掺量为4%~5%,寒区5℃、10℃环境温度施工的水泥改良土动态回弹模量折减系数可取0.80~0.85、0.90~0.95;BB实测弯沉(L_(BB))与FWD实测弯沉(L_(FWD))之间的拟合关系为:L_(BB)=1.166×L_(FWD)。

大湟平公路水泥改良黄土路基经济效益分析

交通工程建设中,特别是在青海省东部地区,公路路线穿越具有湿陷性特征的黄土地带,给设计施工带来诸多不便,建设者为解决湿陷性黄土问题花费了巨大的精力和成本。工程建设中,一般不会直接将用于路基填料的黄土废弃带换填为其他性能较好的路基填料。如果直接废弃,虽然能够解决路基施工问题,但会带来环境破坏、土地资源浪费、施工成本过高等一系列不利影响。结合大湟平公路实际情况,主要介绍水泥改良土的经济、社会效益总体评价思路和方法,为类似工程提供借鉴。

黄土路基填料室内振动压实参数研究

为更好的控制黄土填料路基的压实质量,研究了室内振动压实仪振动参数对素黄土和水泥改良黄土两种路基填料干密度的影响,明确了两种路基填料的最佳振动时间、振动频率和振动幅度。结果表明:随着振动时间和频率的增加,两种黄土路基填料的干密度先迅速增大后趋于稳定,素黄土和水泥改良黄土最佳振动时间分别为90 s和80 s,最佳振动频率分别为30 Hz和28 Hz;随着振动幅度的增大,两种填料的干密度均先增大后减小,振动幅度为1mm时,两种填料的干密度最大。

黄土-矿渣基新型胶结充填材料强度特性试验研究

为探究黄土-矿渣基胶结充填材料在不同水胶比及养护龄期下的力学性能、破坏模式和能量演化特征,分别对黄土-矿渣基胶结充填材料在4组水胶比和5个龄期条件下进行坍落度试验和单轴压缩试验。结果发现:随着胶结材料水胶比的增大,充填材料的坍落度和扩展度增大;材料的峰值强度与水胶比呈负线性相关关系,与养护龄期呈指数型非线性相关关系;充填材料的破坏模式整体上为剪切破坏,且水胶比越小、养护龄期越长材料破坏程度越大;胶结材料破坏过程可分为压密、弹性、裂纹稳定扩展、裂纹持续扩展和峰后破坏5个阶段。

水泥土夯扩挤密桩对湿陷性黄土层水平应力的影响

以铁路站房区湿陷性黄土地基为研究对象,采用水泥土夯扩挤密桩进行预加固,结合处理前后室内试验和原位测试结果,研究桩长、桩间距对水泥土挤密桩处理效果的影响,揭示了处理前后加固深度内桩间土层水平应力和超固结比变化规律。结果表明:桩间距显著影响桩间土挤密效果,桩长的影响较小,当桩间距从1.2 m减小为1.0 m时桩周塑性区挤密效果显著增强,采用水泥土夯扩挤密桩处理湿陷性黄土地基时建议桩间距不大于1.0 m;锥尖阻力、侧壁阻力、水平应力比和超固结比随深度的增大呈现出先增大后减小的变化规律,埋深0~12 m范围内水平应力比在2~4变化,超固结比OCR在4~12变化,说明水泥土夯扩挤密桩显著增大了土层水平应力和强度,但深度大于12 m时水泥土夯扩挤密桩的处理效果减弱。研究结果从土层水平应力角度揭示了水泥土夯扩挤密桩的加固机理,可为湿陷性黄土地区水泥土夯扩挤密桩的工程应用提供技术支持。

水泥改良黄土EDTA滴定法改进

为精准测定水泥改良黄土路基填料中的水泥剂量,研究了取样方法、环境温度、检测延迟时间和含水率对EDTA滴定结果的影响,提出EDTA滴定改进方法并进行验证.结果表明:拌和后未过筛水泥改良黄土的水泥剂量检测结果平均误差为13.8%,过10、5、2 mm筛水泥改良黄土的水泥剂量检测结果平均误差分别为5.0%、10.0%和12.5%;环境温度每上升10℃、检测延迟时间每多10 min、检测样本含水率每相差1%,水泥剂量检测结果平均误差分别增大6.7%、2.2%和2.6%;对3条城际铁路沿线共8种土样进行EDTA滴定试验,改进法平均误差比规范法降低10%,变异系数平均减小6%,具有较好的稳定性和真实性.

水泥改良青海黄土的力学性能研究

为了研究水泥改良青海地区黄土的力学性能,特通过室内试验来研究。通过控制变量法研究水泥掺量和改良土的压实度以及养护龄期对水泥改良青海黄土的力学性能的影响。基于上述试验得出以下结论:改良土的力学性能随着水泥掺量和改良土的压实度以及改良土的养护龄期的增加,力学性能变好;水泥掺量和改良土的压实度以及改良土的养护龄期增加到一定值后,改良土的无侧限抗压强度增长的速率减小。

水泥改良自重湿陷性黄土耐久性研究

为探究水泥改良后的自重湿陷性黄土的耐久性,通过无侧限抗压试验分析压实度、水泥掺量、养护时长、干湿循环次数等因素对改良土水稳定性和耐干湿性的影响,试验结果表明:改良土水无侧限抗压强度随压实度和水泥掺量增大而增大,随养护时长增大而呈先增大后减小的趋势。水稳系数增长幅度随着压实度和养护时间的增加而变小,其压实度宜控制在97%~98%之间,水泥掺量宜控制在8%~10%之间,养护时间宜在28~35d之间。改良土的无侧限抗压强度随干湿循环次数增加而降低;在干湿循环次数相同的条件下,其耐干湿性随掺入水泥量增大而增大,而掺入水泥量小的改良土抗压强度衰减速度较快。

掺土充填材料力学特性研究及数值反分析

针对充填开采需要研制清洁、高效、经济的充填材料,使用黄土、粉煤灰与一定量矸石混合制备掺土膏体充填材料(Loess-based cemented paste backfill,LCPB),通过一系列室内试验及数值模拟研究了LCPB的流变特性、流动特征、单轴抗压强度及破坏演化规律。结果表明:不同配比LCPB料浆均符合H-B流变模型,屈服应力随黄土掺量的增加而增大(92.41→155.42 Pa),黄土掺量大于15 wt%时满足矸石沉降要求;坍落度随黄土掺量的增加先增加后降低(LF-1→LF-4→LF-6:219→276→258 mm);28 d抗压强度随黄土掺量的增加而降低(4.09→2.14 MPa),坍落度及抗压强度均满足矿山充填开采要求;充填体的破坏模式随黄土掺量的增加由张拉破坏主导转向由剪切-张拉破坏主导,破坏阶段均表现出峰前弹性能积聚峰后转变为耗散能急速上升的特性。

黄土地区高速公路永临结合复合水泥毯特点与应用

为了研究排水工程永临结合在陕北黄土地区的工程应用,通过分析高速公路的排水状况、复合水泥毯的特点及水泥毯在子长至姚店高速公路堑顶截水沟与平台截水沟的具体应用,总结出水泥毯在高速公路工程中永临结合应用的工艺工法及质量控制要点。

湿陷性黄土-红砂岩集成水泥土填筑材料冻融循环试验研究

在湿陷性黄土地区,基槽回填区常因回填土自身沉降和湿陷等问题产生区域大面积沉降,对建筑正常使用和居民正常生活造成了严重影响。根据区域工程实际,提出湿陷性黄土–红砂岩集成水泥土填筑材料,并通过设置湿陷性黄土、红砂岩、水泥及水的不同占比进行正交试验,得到了利用黄土、红砂岩开发新型基槽回填材料的最佳配合比。通过对集成水泥土试件与素水泥土试件进行冻融循环试验,发现集成水泥土的抗冻性能明显优于素水泥土,具有更好的力学性能与使用耐久性。本研究为湿陷性黄土地区填筑材料的工程应用提供了一定的参考。

高速公路湿陷性黄土路基沉陷处治技术探讨

G22青兰高速公路是贯穿中国东西部公路运输大通道,雷家角至西峰段地处湿陷性黄土地带,加之重载交通服役已达9年,局部路段路基沉陷较为严重。根据现场调查并结合地质钻探结果,经过深入研究分析,技术方案比选后,选择干拌水泥碎石桩和高压旋喷桩处治方案,并及时组织实施。

水泥土搅拌桩加固湿陷性黄土地基效果分析

为研究湿陷性黄土地基水泥土搅拌桩加固效果,分别采用ABAQUS软件数值模拟计算和现场静载试验开展研究。根据设计参数采用ABAQUS软件建立模型进行数值模拟计算,在试验段采用静载试验测定复合地基承载力,得出复合地基承载力数值模拟计算结果和实测结果均高于150 kPa,满足设计要求。虽然计算值略小于实测值,但二者相差不大,仍具有较高的参考价值。

黄土高原土壤团聚体胶结物质的分布及作用综述

胶结物质是土壤团聚体形成与稳定的基础和核心。以黄土高原团聚体胶结物质的区域特点为基础,对已有的团聚体形成理论及各胶结物质在团聚体形成过程中的作用特点等相关研究成果进行综述,分析总结出黄土高原土壤团聚体胶结物质的分布具有典型的区域特性:黏粒质量分数较低且空间分布差异大,随土壤剖面加深而降低;碳酸钙质量分数整体为10%左右,随土壤剖面加深先升高后降低;有机碳质量分数从东南向西北逐渐降低,且随土壤剖面加深而降低。主要存在问题包括:胶结剂类型在团聚体形成过程的差异、具体作用方式、强度和机理方面缺乏针对性系统研究;因此提出了相应的研究方向:根据胶结物质在土壤剖面的规律性变化,针对土壤腐殖质层、过渡层、碳酸钙淀积层胶结剂分布特征,分别开展有机碳为主、有机碳和碳酸钙交互作用、碳酸钙为主3种类型下的团聚体胶结过程、强度及机制研究。

高速客运专线路基改良填料的试验研究

基于高速客运专线对路基变形的严格要求,路基填料改良已成为高速铁路必须解决的问题。本文通过大量的土工试验和理论分析,研究了石灰改良黄土和水泥改良黄土的强度机理、压缩特性、水稳定性、强度特性以及影响这两种改良材料工程力学特性的主要因素,并进行了对比分析,为黄土地区高速客运专线路基填料的选择和应用,提供了参考依据。

黄土的结构性及其结构强度特性研究

对黄土的结构性及其形成机理进行分析 ,并通过人工方法制备了水泥结构性黄土试样 ,研究了原状黄土及水泥结构性黄土的结构强度特性。

水泥改良黄土在高速铁路路基中的试验研究

基于高速铁路路基对填料的严格要求,根据室内试验,分析了水泥改良黄土的物理力学性质,研究了不同水泥掺量、养护龄期等对于强度增长的影响,力求通过强度变化了解水泥土的固化程度,为工程施工所需配合比,提供参考依据.实验表明:Q3水泥改良黄土的最大干密度和压缩系数都随掺和比的增大而减小,无侧限抗压强度随掺和比的增大而增大,干湿循环时5%的水泥改良黄土稳定性最好.

改性聚丙烯纤维和水泥加固黄土的力学性能

为研究改性聚丙烯纤维和水泥加固黄土的力学性能,通过无侧限抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验,对不同纤维掺量、水泥掺量、养护龄期和纤维长度的试件在浸水和未浸水条件下的力学性能进行研究.结果表明：改性聚丙烯纤维和水泥的共同加固作用对提高黄土的早期无侧限抗压强度贡献最大,3d龄期的无侧限抗压强度达3.65~5.99MPa;随着水泥掺量的增大,试件呈现明显的脆性破坏特征,纤维的掺入可改善试件的脆性破坏模式;随着纤维掺量的增大,试件破坏特征呈现由脆性破坏向延性、塑性破坏过渡的趋势;改性聚丙烯纤维加筋水泥稳定土的最佳纤维掺量为0.30%~0.45%（质量分数）,最佳纤维长度为12mm.由破坏性状分析可知,水泥稳定土试件受压易产生脆裂破坏,改性聚丙烯纤维在水泥稳定土中的“桥梁”连接作用使得加固试件受压破坏时的整体性较好.