固化剂固化疏浚土的渗透性与微观机理研究

用水泥和石灰等胶结剂及激发剂构成的固化剂对上海市横沙岛东滩的疏浚土进行改良,在不同养护龄期和固化剂掺量的条件下,用自配固化剂对岛区疏浚土进行了渗透试验。分析了固化疏浚土的渗透系数与固化剂掺量、养护龄期之间的关系,得到了疏浚土渗透系数在不同固化剂掺入比和龄期下的变化规律。结果表明:固化疏浚土的渗透系数随固化剂掺量和龄期的增加而明显变小,但在同一龄期下,当固化剂掺量继续增加时,其渗透系数变化不大。并利用电镜扫描(SEM)对不同固化剂掺量和不同龄期下的固化疏浚土的微观结构进行观测,获得了疏浚土固化前后的微观结构SEM图,结合SEM图对疏浚土固化前后的微观结构变化做了定性的对比和分析,从固化疏浚土微观结构中发现固化疏浚土中含有水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙晶体、无定形文石、钙矾石等能够填充孔隙的胶结物,并从微观上解释了固化剂固化疏浚土的固化机理。

木质素固化疏浚土的压缩特性研究

为研究木质素固化疏浚土的压缩性状,对固化疏浚土进行了多组不同配比下的木质素固化土压缩试验。通过室内固结试验以及无侧限抗压试验,研究了木质素固化土以及木质素水泥双掺固化土的压缩性状,探讨了固化材料掺量、龄期等对固化土压缩特性的影响。试验结果表明:木质素固化土的最优掺量为10%,抗压强度可达到8.6 MPa。木质素固化疏浚土与水泥土类似,二者的压缩曲线都有一个明显的结构屈服点。当上部所加荷载未达到结构屈服应力时,固化土的压缩性很小,而当荷载超过结构屈服应力以后固化土的压缩量比未达到结构屈服应力之前增大了3倍。木质素水泥双掺固化土随着二者掺量的增加,抗压强度有显著的提升,25%木质素掺量的固化土水泥掺量从10%增加到30%后土体抗压强度增长了8.9倍,最为明显。研究结果可为实际工程中木质素固化土强度提供数据参考。

固化疏浚土宏-微观力学特性室内试验研究

以上海某沿海港域吹填场地的砂土和黏土为试验土料,通过掺入自制固化剂和WK-G1型固化剂在室内制备固化疏浚土试样,采用土力学直剪和压缩试验方法,着重分析了固化剂掺量和养护龄期对固化疏浚土试样抗剪强度与压缩变形特性的影响。此外,利用扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)从微观层面分析了固化疏浚土试样的结构特征,采用Image-Pro Plus(IPP)图像处理软件和自编Mat Lab程序,提取和分析与颗粒、孔隙及颗粒表面起伏相关的微观结构分维数,基于分形理论,探讨了固化过程中试样微观结构变化与宏观强度及变形特性的宏微观关联。试验结果表明:无论砂土还是黏土,试样压缩模量和抗剪强度均随固化剂掺量和养护龄期的增加呈现出非线性增长规律,在微观机制上,试样压缩模量和抗剪强度的提升与颗粒平均面积与平均半径的增加密切相关。

氯化钠侵蚀环境下固化疏浚土宏微观力学特性试验

为研究固化疏浚土在氯化钠侵蚀环境下的工程特性,以上海市南汇东滩某吹填场地的黏质粉土为试验土料,掺入自制固化剂制备固化疏浚土试块,进行氯化钠浸泡试验,研究氯化钠初始质量浓度和浸泡龄期对试块抗压强度的影响。采用扫描电镜拍摄试块表面微观结构照片;采用Image-Pro Plus(IPP)图像处理技术结合MATLAB分析程序得到与颗粒和孔隙相关的微观结构参数;基于分形理论,研究氯化钠初始质量浓度、分形维数和抗压强度三者之间的宏微观关联。结果表明:试块的抗压强度随着氯化钠初始质量浓度和浸泡龄期的增长而增长;氯化钠初始质量浓度的增加会引起分形维数的变化,进一步影响试块的宏观抗压强度,三者之间存在内在的定量关联。

疏浚土固化前后的压缩模量及微观结构变化的定量研究

在不同养护龄期和固化剂掺量的条件下,用WK-G1固化剂对横沙岛区疏浚土进行了固结试验,得到固化疏浚泥的压缩模量Es与固化剂掺量、养护龄期之间的关系;并利用电镜扫描(SEM)对其中某一特定固化剂掺量和不同龄期下的固化疏浚土的微观结构进行观测。运用IPP图像处理软件和Matlab编程对固化土SEM图像进行处理,得到固结过程中不同龄期下的粒度分维D_(ps)和孔径分维D_(bs)、颗粒分布分维D_(pd)和孔隙分布分维D_(bd)、颗粒表面起伏分维D_(pr)以及颗粒和孔隙的个数、平均面积、平均直径等微观结构参数。并对微观结构参数和分维数与压缩模量的关系作了定量分析。结果表明:在WK-G1固化剂固化疏浚土的过程中,压缩模量Es随着龄期和固化剂掺量的增加而显著增大;微观结构方面表现出土颗粒数增多,颗粒分布集中,平均粒径和颗粒平均面积增大,颗粒表面起伏变大,颗粒逐渐均一化;孔隙数增多、平均孔径变大、孔隙平均面积减少、孔隙更加分散,均一化变差;各分维值与龄期和压缩模量具有高度的线性关系,相关系数R^2可达0.97。

疏浚淤泥流动固化土的压汞试验研究

采用压汞法对疏浚淤泥流动固化土进行了微观孔隙结构的研究,分析了固化土的孔隙体积及入口孔径分布特征与固化材料掺量及固化土龄期的关系,并将微观试验结果与固化土的物理指标和强度特性进行了比较。结果表明,采用压汞法研究疏浚淤泥流动固化土的微观孔隙空间分布是成功的,压汞试验得到的微观孔隙特征与众多学者通过宏观力学试验得出的强度规律是一致的,微观结构试验能够很好地解释宏观物理力学性状。随着固化材料掺量的增加和龄期的增长,淤泥固化土的孔隙体积和D50孔径明显减小,入口孔径分布特征亦发生了相应变化。所得流动固化土的入口孔径主要分布在0.01～10μm之间,最大分布孔径在0.5～2μm之间。

疏浚淤泥流动固化土的三轴剪切试验研究

为了分析高含水率疏浚淤泥流动固化土的强度特性,对疏浚淤泥流动固化土进行了三轴剪切试验研究.通过三轴试验仪,开展了不同配比和不同龄期的流动固化土的固结不排水(CU)三轴剪切试验.结果表明,疏浚淤泥流动固化土的抗剪强度包线由双折线组成,屈服前的强度包线与水平轴近似平行(平均夹角为4.8°),屈服后的强度包线与水平轴夹角增加了许多(平均为18.1°);屈服后的强度包线几乎是一条过原点的直线.基于三轴剪切试验结果和传统的土的抗剪强度理论,给出了流动固化土的抗剪强度表达式.通过三轴试验,揭示了主应力差和孔隙水压力随围压增长的规律,明确了疏浚淤泥流动固化土的抗剪强度性状.

高含水率疏浚淤泥固化土的压缩模型

基于扰动状态概念和重塑土固有压缩特性,建立了高含水率疏浚淤泥固化土的压缩模型,并通过一维压缩试验对模型进行了验证.模型预测结果与试验数据吻合较好,表明所提出的压缩模型能够较好地描述淤泥固化土在一维压缩条件下的力学响应.基于试验和拟合分析,得出了淤泥固化土结构破损参数的取值范围为0.2～2.0,结果表明,随着固化材料掺量的增加和淤泥初始含水率的降低,固化土结构破损参数渐趋减小.探讨了结构破损参数与破损速率的变化规律,结构破损参数越大,结构破损速率越快.建立的压缩模型可以描述疏浚淤泥固化土屈服前后的压缩变形特征,特别是可以刻画固化土在结构屈服后渐进破坏的过程,为疏浚淤泥固化土的压缩分析和沉降计算提供了一种有效方法.