复合固化砂土力学及水稳性能试验研究

为探究经水泥、石灰和改性聚丙烯纤维复合固化砂土的力学及水稳性能,进行了系列室内试验,结果表明:随水泥掺量增加,固化砂土无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度增大,但增长幅度减小,用一定量石灰取代水泥会降低水泥土强度,纤维可以提高水泥土强度,尤其是抗拉强度;水泥可大幅提高砂土抗剪强度和抗压回弹模量,随着纤维掺量的增加,固化土抗剪强度低于水泥土,黏聚力和回弹模量先增大后又减小,内摩擦角与黏聚力表现出负相关性;0.3%纤维加筋8%水泥固化土可以满足简易机场对基层材料的要求。

菌液注射方式对微生物固化砂土动力特性影响试验研究

微生物固化技术是近年来岩土工程领域兴起的一种新型环保地基处理技术,该技术通过向待固化土体内注入细菌,利用细菌水解尿素,并在引入钙源的条件下,诱导产生碳酸钙晶体以胶结松散土颗粒。在微生物固化过程中,碳酸钙晶体分布的均匀性是目前该技术研究的热点之一。文中尝试通过在纯菌液中引入0.05 mol/L氯化钙溶液(称为混合菌液)对细菌分布进行人为干预,并基于动三轴试验及扫描电镜测试,对比分析了纯/混菌液、混合菌液及传统纯菌液等注射方式对微生物固化砂土动力特性的影响。试验结果表明:纯/混菌液注射方式能有效提高微生物固化砂土中碳酸钙晶体分布的均匀性,从而获得碳酸钙含量较高、动弹性模量较大及耗能能力较强的微生物固化砂土。

干湿循环条件下复合固化砂土抗压强度试验研究

为探究水泥、石灰以及长安大学4号固化剂和多种纤维复合固化砂土在干湿循环后的力学性能,利用正交设计方案进行无侧限抗压强度试验,并将试样进行扫描电镜(SEM)试验和能谱仪(EDS)检测对其微观机理进行分析。研究结果表明:3种固化剂及纤维均能有效提高复合固化砂土的无侧限抗压强度,其中龄期和固化剂品种对复合固化砂土的抗压强度影响最大,干湿循环次数次之,纤维掺量和固化剂掺量有一定的影响,而纤维品种对无侧限抗压强度的影响最小;纤维掺量0.45%,固化剂掺量8%时效果较好;纤维加筋固化砂土的无侧限抗压强度随着干湿循环次数的增加而显著下降。鉴于良好的抗干缩湿胀耐久性能,建议使用8%水泥与0.45%的改性聚丙烯纤维作为固化砂土的复合固化材料。

微生物固化砂土强度增长机理及影响因素试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可以显著改善砂土的工程力学特性,但其固化效果易受诸多因素影响。基于不同胶结水平微生物固化砂土试样,开展固结排水三轴剪切试验和扫描电镜测试,探讨了MICP技术的固化效果及其相关机理;在此基础上,研究了胶结液浓度、砂土初始密实度、胶结液浓度配比等因素对微生物固化砂土抗剪强度的影响。结果表明:随着胶结水平的提高,微生物固化砂土试样强度提高,试样的脆性也越显著。微生物固化砂土强度的增长主要源于碳酸钙晶体对土体黏聚强度的提高。微生物固化砂土的强度主要包括土骨架强度和碳酸钙晶体胶结强度两部分,前者受土体性质及相关参数影响,后者主要取决于碳酸钙晶体的含量。采用合适的砂土初始密实度,适当提高胶结液浓度以及胶结液中尿素的浓度占比,均可提高微生物固化砂土试样的胶结强度。

基于核磁共振的聚氨酯固化砂土浸水作用分析

为分析浸水对聚氨酯固化砂土的作用,采用核磁共振技术对固化砂土浸水后的微观特性和强度特性进行研究。对添加不同固化剂含量、不同密度和不同浸水时间的固化砂土进行核磁共振和无侧限抗压强度测试。研究结果表明,随着固化剂含量增加,T2谱由单一峰值发展为多个峰值,且幅值面积也持续增加;幅值强度和面积随浸水时间增长而增加;随着固化剂含量和浸水时间的增加,总有效孔隙率增加,且相对大孔喉所占的比例均增加;密度增加,小孔喉所占比例增加,大孔喉减小;随着固化剂含量和浸水时间增加,核磁共振成像图中亮点越多,有效孔隙增加;随着密度增加,核磁共振成像图中亮点由连续集中变化为分散状态;强度随浸水时间增加而减小,加入1%固化剂强度在浸水24 h前最高,大于2%后,浸水后强度随固化剂含量增加而增强。密度增加,浸水后强度保持增加趋势。通过核磁共振技术测试了固化砂土的微观变化规律,揭示了浸水对聚氨酯固化砂土微观特性的影响和以及宏观强度特性的微观作用机制。

水对聚氨酯和聚丙烯纤维固化砂土强度特性的影响

聚合物作为一种新型气硬型土壤加固材料,在河道岸坡加固和生态护坡领域得到了广泛的应用。本文研究了水对聚合物和纤维加固后砂土强度特性的影响。对可能影响浸水后加固砂土的强度特征的几个因素进行了分析,包括聚合物含量(1%,2%,3%和4%与干砂的质量比),浸水时间(6,12,24和48 h),干密度(1.40,1.45,1.50,1.55和1.60 g/cm^(3))和纤维含量(0.2%,0.4%,0.6%和0.8%与干砂的质量比)。用核磁共振(NMR)和扫描电子显微镜(SEM)对加固砂土的微观结构进行了分析。试验结果表明,抗压强度随聚合物含量的增加而增大,随浸水时间的延长而减小;软化系数随聚合物含量的增加和浸泡时间的延长而减小,随密度和纤维含量的增加而增大。纤维含量为0.6%时,对减小水引起的强度损失有积极作用。

浸水条件下高分子材料固化砂土的变形与强度特性研究

首先采用聚氨酯型有机高分子材料固化剂对砂土进行改良,然后通过浸水试验研究了不同固化剂含量的高分子材料固化砂土浸水不同时间后的变形和强度特性.结果显示:在浸水时间相同的情况下,高分子材料固化砂土试样的体积膨胀率随着固化剂含量的增加而增加;随着浸水时间的增加,不同固化剂含量的高分子材料固化砂土试样的体积膨胀率均随之增加,无侧限抗压强度则均随之减小;对于2%、3%和4%固化剂的高分子材料固化砂土试样而言,在相同的浸水时间下,其无侧限抗压强度均随着固化剂含量的增加而增加.将聚氨酯型有机高分子材料固化剂与水混合后形成的乳白色高分子材料固化剂溶液加入砂土中后,其会在砂土颗粒之间形成三维网状固化膜,固化膜可将砂土颗粒锚固连接在一起,使砂土颗粒之间的黏聚力增加,从而可使高分子材料固化砂土试样具有良好的变形和强度特性.

水玻璃-氯化钙固化砂土渗透系数的变化规律试验研究

采用室内渗透试验研究了水玻璃-氯化钙固化砂土渗透系数的变化规律。试验选择了5种不同硅酸钠与氯化钙质量比、3个养护天数和2种不同硅酸钠浓度。研究表明:在相同养护天数和硅酸钠浓度的条件下,固化砂土的渗透系数随着硅酸钠与氯化钙质量比的增大而呈现出一种开口朝上的抛物线的规律,且硅酸钠与氯化钙质量比为2∶1时固化砂土的渗透系数最小;在相同硅酸钠与氯化钙质量比和硅酸钠浓度的条件下,固化砂土的渗透系数随养护天数的增大而减小;在相同硅酸钠与氯化钙质量比和养护天数的条件下,固化砂土的渗透系数随硅酸钠浓度增大而减小,且都远远小于标准砂的渗透系数,说明化学加固对于砂土渗透系数的改善是比较显著的。

复合固化砂土干湿循环试验研究

为探究掺加水泥、石灰、长安大学4号固化剂以及多种纤维的复合固化黄土的抗干湿循环性能,进行了干湿循环试验、相对动弹模量试验。试验结果表明:纤维与固化剂可以显著提高复合固化砂土的抗干湿循环性能,其中0.45%改性聚丙烯纤维、8%~10%水泥作为复合固化材料时复合固化砂土的抗干湿循环性能达到最优效果。

移动荷载作用下环氧树脂固化砂土路面力学行为特征分析

基于交通应急保障及抢通抢修的需求,利用环氧树脂复合固化材料固化海滩砂土形成急造通路,通过ABAQUS有限元软件进行三维实体建模并进行数值模拟,找出固化砂土路面结构在移动荷载下的受力特性,并结合试验路铺设和通车试验验证了其固化效果。结果表明,移动荷载下最大应力和竖向位移出现在车辆轮迹下方;环氧复合固化材料固化2h所形成的砂土道路能够满足通用轮式车辆装备通行需求。

多试验因素耦合下MICP固化砂土的试验研究

为了优选MICP(microbial induced carbonate precipitation)固化砂土过程中的试验因素,采用中心注浆法耦合6个试验因素,以圆形硅质砂为试验材料,根据正交试验的设计原则进行了25种工况的MICP砂柱固化试验.检测了砂柱固化过程中反应前后Ca^2+浓度变化和固化后砂柱各部位的CaCO3晶体含量,并采用SEM观测了砂柱内部CaCO3晶体的微观形态.通过分析各个试验因素对Ca^2+利用率的影响,发现影响Ca^2+利用率的主要因素有菌液浓度、胶结液浓度和矿化反应时间,且菌液浓度越高,胶结液浓度越低,反应时间越长,Ca^2+利用率越高.菌液静置过程中存在细菌下沉现象,从而影响CaCO3晶体的生成位置.固化砂柱内部CaCO3晶体分布的研究结果表明,矿化生成的CaCO3会随着砂土中的水流迁徙,浆液的流速越大,砂柱内部晶体的平均含量越高,且分布越均匀.SEM的观测结果显示,固化砂柱内部CaCO3晶体以方解石为主,但胶结液浓度会影响晶体的尺寸大小.当胶结液浓度高于750 mmol/L时,CaCO3晶体呈现堆叠式发展.当菌液浓度较高并且胶结液静置时间较短时,会出现球霰石的晶体形态.MICP固化砂土的强度随CaCO3含量的增加而升高,但同时会受到晶体的分布以及大小等因素的影响.MICP固化砂土试验因素的优选结果为:菌液的OD600值0.5~1.0,菌液静置时间3 h,胶结液浓度不高于500 mmol/L,浆液的流速与传输距离相关,胶结液的最优静置时间为使Ca^2+完全消耗.

矿渣-粉煤灰地聚合物固化砂土力学特性研究

硅酸盐水泥作为常规的土壤固化剂存在高能耗、高排放等问题,研究人员一直在寻求一种更加经济环保的水泥代替品。使用基于高炉矿渣(ground granulated blast-furnace slag,简称GGBS)、粉煤灰(fly ash,简称FA)的地聚合物对砂土进行加固,通过调整激发剂的种类和配比、矿渣与粉煤灰比例、水灰比和养护条件等,研究不同因素对地聚合物固化砂土力学性能的影响。通过无侧限抗压强度(unconfinedcompressivestrength,简称UCS)测试、电子计算机断层扫描(computed tomography,简称CT)分析、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)对试样进行了深入研究。结果表明:基于GGBS-FA的地聚合物可有效地提高砂土的力学性能;复合激发剂的加固效果优于单组分激发剂;低温不会明显降低地聚合物固化砂土的最终力学性能,仅延缓了地质聚合反应和结构的形成;碱性环境对地聚合物固化砂土的强度有促进作用;酸性环境及长时间暴露在空气中,会降低地聚合物固化砂土的强度。

植物源脲酶诱导碳酸钙固化砂土试验研究

植物源脲酶诱导碳酸钙沉积胶结砂土是岩土工程领域的一种新型技术,相比目前广泛应用的微生物固化砂土技术具有很多优点。直接从大豆中提取脲酶,首先研究了温度及pH值对大豆脲酶活性的影响,然后控制胶凝液浓度、pH值、温度和反应时间进行了脲酶诱导碳酸钙沉积试验,在此基础上,采用循环灌注脲酶液和胶凝液的方法固化3种不同颗粒粒径范围的砂土,通过超声波测试、无侧限抗压强度测试及碳酸钙含量测试检测固化效果。结果表明:大豆脲酶最适pH值为8,15℃~75℃范围内脲酶活性随温度升高而增大。大豆脲酶诱导的沉淀产物为方解石型碳酸钙,随胶凝液浓度增大,碳酸钙产率先增大后减小,胶凝液浓度为0.75 mol/L时,碳酸钙产率最大。胶凝液浓度一定时,pH值为8情况下碳酸钙产率最大,且产率随反应时间增加而增大。10℃~40℃范围内温度对碳酸钙产率影响较小。固化试样的抗压强度与碳酸钙含量呈正相关,随砂土颗粒粒径增大,试样的抗压强度先增大后减小,0.25~0.5 mm砂土固化效果最好。

微生物沉积碳酸钙固化砂土试验研究

砂土固化对增加砂土强度、减小渗透性极为有利,可提高和改善砂土的力学特性。通过培养基L进行菌种繁殖,研究了不同条件下的细菌生长特性;分析流出液的pH值和Ca^(2+)浓度的内在关系,揭示了固化砂柱的渗透性、无侧限抗压强度变化规律;通过微观结构阐释微生物固化效果,并研究了Ca^(2+)浓度与试样强度的关系。结果表明:2mL细菌母液加入100mL培养液并在30℃、pH为6,150rpm振动速度的条件下最适宜菌种生长;固化过程中,pH值逐渐降低,而Ca^(2+)浓度则增大;采用0.5mol/L胶凝液固化效果较好且固化周期短;固化后砂土颗粒间孔隙被生成的碳酸钙填充;试样渗透性最终降低3~4个数量级;流速越小,固化时间越长,固化效果越好;且固化试样破坏模式都是脆性破坏;采用尿素和醋酸钙混合溶液作为胶凝液,更能提高Ca^(2+)利用率。

反硝化微生物固化砂土的试验研究

利用反硝化微生物,开展微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)灌浆固化砂土的试验,测定固化前后试样中碳酸钙含量,并通过无侧限抗压强度试验、直剪试验和渗透试验,综合评价反硝化微生物MICP对砂土的固化效果。研究结果表明:反硝化微生物的MICP对砂土固化具有较好效果,通过灌浆试验后的砂土试样,其强度指标、渗透参数和土体的塑性均有所提高;钙离子浓度为0.25 mol/L、配比为1∶2∶2的胶结液对砂土的固化效果最佳,处理后的砂土试样无侧限抗压强度提高了39.2%、抗剪强度提高了53.71%、渗透系数降低了1个数量级;在钙离子浓度相同的胶结液中,提升氮源浓度可有效提升强度参数;在氮源浓度相同的胶结液中,提升钙离子浓度可有效提升强度参数,对试样的渗透性无明显影响。

基于固化剂稳定细砂土的路用性能研究

为研究土体中掺入土壤固化剂后的加固效果,评价土壤固化剂稳定细砂土的路用性能,文章在确定混合料最佳配合比的基础上,通过无侧限抗压强度试验、劈裂试验、抗压回弹模量试验以及干缩试验对比评价了固化剂稳定细砂土与传统石灰水泥稳定细砂土的路用性能;通过有限元软件ABAQUS建立路基模型进行沉降分析,验证现场监测结果,以评价固化剂稳定细砂土实际应用效果。研究表明:固化剂稳定细砂土的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量及干缩性能均优于石灰水泥稳定细砂土,有限元分析也验证了固化剂稳定细砂土具有较好的工程实用价值。研究成果可为实际工程提供一定参考。

基于固化剂稳定细砂土的配合比设计及现场监测研究

为了研究土体中掺入土壤固化剂的加固效果,文章依托实际项目设计不同掺量固化剂配合比试验,通过无侧限抗压强度试验确定最佳配合比,并结合现场沉降监测数据分析固化剂稳定细砂土实际应用效果。研究表明:最佳配合比为固化剂含量0.03%,水泥含量6%;通过现场沉降监测,验证了固化剂稳定细砂土实际应用的合理性。固化剂稳定细砂土具有较好的实用工程价值,研究成果可为指导实际工程提供一定参考。

微生物矿化加固砂土的试验研究

近年来微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术作为一种新型的绿色加固方法,得到了广泛研究,但传统的MICP固化方式注浆管法存在管口易堵塞且固化试样强度分布不均匀的问题,为改善MICP固化土体的强度分布不均匀性问题,利用巴士芽孢杆菌BNCC337394开展了使用新型柔性土工模具加固砂土的试验研究。通过对固化试样的CaCO_(3)含量分布,无侧限抗压强度,试样的均匀性等方面进行分析,综合评价利用新型土工模具加固砂土的效果。结果表明:利用新型柔性土工模具固化砂土具有较好效果,经固化后的试样无侧限抗压强度可达3.07MPa,且固化试样均匀性良好。

水玻璃固化可液化砂土的静动三轴试验研究

对于固化砂土在试验下的动力、静力特性研究有助于减少地震等灾害带来的影响。本文通过对砂土中间的孔隙的填充,使得不具有粘聚力的砂土能够在硅酸钠及氯化钙的作用下产生粘聚力提高强度并防止液化的发生。通过静三轴试验结果表明固化砂土试样的c、φ值与硅酸钠及氯化钙的质量比有关;动三轴试验结果表明孔压随着震动次数的增加而增大并逐渐趋于稳定,但孔压不会与围压相同,即难以达到液化状态。本文固化砂土静、动三轴试验成果如下:对于静三轴来说强度、粘聚力都均有提高,对于动三轴来说达到抗液化的效果。

砂土固化剂在沙漠筑路中的应用试验

以位于新疆的石西油田地面的沙漠砂为研究对象，研制开发出了以水泥、水玻璃作为主胶凝材料，另再辅以少量无机和有机化学添加剂所构成的能就地团结这些砂土的固化剂。并在石西油田公路沙漠段的建设中，以该固化剂修筑了300m长的沙漠公路。对使用砂土固化技术解决沙漠油田的地面设施的建设问题进行了探索。