生物酶改良膨胀土的应力-应变关系

为了准确描述生物酶改良后膨胀土的应力-应变关系,控制生物酶掺量(即掺入的生物酶质量与膨胀土干质量之比)为唯一变量,进行等向固结与回弹试验以及不同固结压力下的三轴排水剪切试验。基于黏性土常用的修正剑桥类模型框架,得到生物酶掺量对参数λ(正常固结线斜率),κ(回弹曲线斜率)和M(剪切破坏线斜率)的影响规律,分析生物酶掺量对弹性墙内的塑性剪切变形以及对魏汝龙模型相关参数的影响。最终,建立以生物酶掺量为扰动因子的修正MCC模型与修正魏汝龙模型。研究结果表明:修正魏汝龙模型对膨胀土的应力-应变关系描述更准确;与MCC模型相比,修正MCC模型能够大幅提高对生物酶改良膨胀土的应力.应变关系描述的准确程度。

生物酶改良膨胀土的动骨干曲线模型

基于Hardin-Drnevich双曲线本构模型,研究生物酶改良膨胀土的动应力−应变关系。首先通过一系列不同生物酶掺量下的动三轴不固结不排水剪切试验,得到生物酶改良膨胀土的动骨干曲线;然后,根据三轴试验结果,分别拟合最大动弹性模量E_(dmax)、最大动应力σ_(dmax)、动骨干曲线切线变形模量E_(dt)与生物酶掺量z、围压σ_(3)的回归方程;最后,基于Hardin-Drnevich模型,建立考虑生物酶掺量影响的动骨干曲线模型以及动骨干曲线应力−应变归一化方程。研究结果表明:Hardin-Drnevich模型能很好地描述生物酶改良膨胀土的动骨干曲线双曲线特性,最大动弹性模量E_(dmax)、最大动应力σ_(dmax)、动骨干曲线切线变形模量E_(dt)等的回归方程能较好地描述其随生物酶掺量z、围压σ_(3)的变化规律;最大动弹性模量E_(dmax)、最大动应力σ_(dmax)、动骨干曲线切线变形模量E_(dt)随生物酶掺量z的增加、围压σ_(3)的增大而呈非线性增大;最大动应力σ_(dmax)可作为生物酶改良膨胀土的动骨干曲线应力−应变关系归一化因子,使动骨干曲线的线性化程度较高;引入的生物酶掺量影响因子α_(0)和α_(1)可定量反映生物酶掺量z对E_(dmax),σ_(dmax)和Edt等的影响;生物酶掺量影响因子α_(2)可定量反映生物酶掺量z对动应力σ_(d)的影响。

基于LADE-DUNCAN模型的生物酶改良膨胀土弹塑性本构关系研究

基于LADE-DUNCAN模型,研究生物酶改良膨胀土的弹塑性应力−应变关系。首先,开展一系列三轴固结排水剪切试验,得到偏应力q与轴向应变ε_(1)、体应变ε_(v)、侧向应变ε_(3)之间的试验曲线;然后,采用黏结应力σ_(0)修正LADE-DUNCAN屈服准则;最后,根据三轴试验结果拟合LADE-DUNCAN模型中的各参数与生物酶掺量之间的关系表达式,建立基于生物酶掺量的LADE-DUNCAN弹塑性本构模型。研究结果表明:在不同生物酶掺量下,偏应力q与轴向应变ε_(1)均表现为硬化型的应力−应变关系,偏应力q与体应变ε_(v)均表现为剪缩型的应力−应变关系,q与ε_(1),ε_(v)与ε_(1)和q与ε_(3)等试验曲线均近似为双曲线;黏结应力σ_(0)修正的LADE-DUNCAN屈服准则可以很好地描述生物酶改良膨胀土的应变硬化、应变剪缩;应力−应变本构方程可以较好地预测出不同生物酶掺量、不同围压σ_(3)下的生物酶改良膨胀土的应力−应变关系。

生物酶改良粉土双曲线固结蠕变模型

针对生物酶改良粉土的固结蠕变特性,开展了不同生物酶掺量下粉土的一维固结蠕变试验,分析生物酶改良粉土的应变随时间的变化规律及次固结系数随固结应力的变化情况,提出了一种反映生物酶改良粉土蠕变过程应变与时间关系的双曲线蠕变模型,并分析生物酶掺量对双曲线蠕变模型相关参数的影响。结果表明:1)生物酶改良粉土的应变随时间的增加而增大,加载前期应变较大,后期逐步减缓并呈稳定发展趋势,生物酶改良粉土具有明显的非线性蠕变特性。2)素粉土的次固结系数随固结应力的增加呈先减小后增大再减小的趋势,改良后粉土较素粉土的次固结系数小,生物酶能有效改善粉土的蠕变特性。3)生物酶改良粉土的应变-时间关系为典型的双曲线,对该双曲线进行拟合,对比生物酶改良粉土的应变-时间曲线和双曲线蠕变模型理论曲线,建立的双曲线蠕变模型能较好地描述生物酶改良粉土蠕变过程的应变与时间关系。

生物酶改良淤泥土基本工程特性试验研究

通过制备五组不同生物酶掺量的淤泥土试样进行一系列室内试验来探究生物酶改良淤泥土的液塑限、抗剪强度、最佳含水率以及最大干密度的变化规律,并对素土和改良土的各项基本物理力学性质进行比较分析。研究表明:在掺量为6%时,淤泥土的改良效果最明显,并且强度最高。

生物酶改良有机质土的一维次固结双曲线特性研究

以描述生物酶改良有机质土的一维次固结特性为研究目的,开展该土体的次固结试验,确定其结构屈服应力,研究不同生物酶掺量下改良有机质土的次固结系数与荷载的关系﹒基于此,引入双曲线模型,建立了生物酶掺量与模型参数的关系,并利用该模型进行预测,试验值与预测值吻合度较高﹒研究结果表明:1)生物酶能有效地减小改良有机质土的压缩变形量;在较高荷载作用下,不同生物酶掺量的有机质土次固结特性较明显﹒2)当荷载小于结构屈服应力时,该土体的次固结系数与荷载呈正相关性;当荷载等于结构屈服应力时,其次固结系数达到峰值;当荷载大于结构屈服应力时,其次固结系数与荷载呈负相关性。

基于南水模型的生物酶改良膨胀土应力–应变关系研究

以生物酶改良膨胀土的双屈服面弹塑性本构关系为研究对象,提出基于生物酶掺量的修正南水模型。通过不同生物酶掺量条件下的重塑膨胀土样的三轴固结排水剪切试验,研究生物酶改良膨胀土的应力–应变关系特征,基于Duncan-Chang模型参数分析方法,分析生物酶掺量对南水模型中相关参数的影响规律。建立南水模型中相关参数与生物酶掺量的相关关系,且基于ε_1-ε_v关系的双曲线特征,对南水模型中的切线体积比u_t确定方法进行修正。修正南水模型中各参数物理意义明确,与南水模型中的参数确定方法一致。对比ε_1-ε_v和q-ε_s的试验曲线和修正南水模型理论计算曲线,修正南水模型可以较合理地描述不同生物酶掺量条件下改良膨胀土的弹塑性应力–应变关系特性,且能反映生物酶掺量对改良膨胀土的弹塑性应力–应变关系的影响。

生物酶改良膨胀土的应力-应变关系归一化特性

以生物酶改良膨胀土的应力-应变关系归一化特性为研究对象,提出了基于生物酶掺量的生物酶改良膨胀土的应力-应变关系特性的归一化方程.通过不同生物酶掺量下的三轴固结排水剪切试验,生物酶改良膨胀土的应力-应变关系均表现为应变硬化型,应力-应变关系曲线为典型的双曲线.基于Duncan-Chang模型参数拟合方法,分析了生物酶掺量对相应参数的影响,提出了生物酶掺量与相应参数的关系表达式.采用主应力差渐近值(σ1-σ3)ult作为归一化因子,给出了相应的归一化条件,对生物酶改良膨胀土在不同生物酶掺量、不同围压σ3下的应力-应变关系特性进行归一化分析,其应力-应变关系特性归一化程度较高.通过所建立的应力-应变关系归一化方程对生物酶改良膨胀土的应力-应变曲线进行预测,预测曲线与试验曲线较为接近,可以较好地预测出不同生物酶掺量、不同围压σ3下的应力-应变关系.

基于扰动状态理论的生物酶改良膨胀土K-G模型

以生物酶改良膨胀土的非线性弹性本构关系为研究对象,提出基于扰动状态理论的修正KG模型。首先开展不同生物酶掺量条件下的重塑膨胀土样的等向固结排水试验和等p三轴固结排水剪切试验,研究生物酶改良膨胀土的应力-应变关系特征,基于非线性弹性K-G模型,分析生物酶掺量对膨胀土的切线体积模量Kt和切线剪切模量Gt中相关参数的影响规律。采用生物酶掺量作为扰动掺量,以试验和扰动状态概念为基础建立扰动函数,基于扰动状态理论对K-G模型进行修正,以反映生物酶掺量对改良膨胀土应力-应变扰动关系,使本构关系符合土体的实际变形过程,更合理地描述生物酶改良膨胀土的非线性弹性应力-应变关系。结果表明:通过对比εv-p及εs-q的试验曲线、K-G模型曲线与修正K-G模型理论计算曲线,体应变εv的K-G模型预测值小于试验值,而剪应变εs的K-G模型预测值大于试验值,修正K-G模型的体应变εv和剪应变εs的预测值都与试验值较为接近。修正K-G本构模型中各参数物理意义明确,与K-G模型中的参数确定方法一致,可以较合理地描述不同生物酶掺量扰动条件下改良膨胀土的变形特性。

基于Lade模型的生物酶改良膨胀土双屈服面本构关系

基于Lade模型,研究了生物酶改良膨胀土的双屈服面弹塑性应力-应变关系。首先,开展一系列不同生物酶掺量下改良膨胀土的等向固结排水试验、三轴固结排水剪切试验;然后,根据试验结果拟合Lade模型中的各参数与生物酶掺量之间的关系表达式;最后,建立基于生物酶掺量的Lade模型。研究表明:①体积应变εv随平均应力p的增大而非线性增大,当p一定时,εv随生物酶掺量增加而减小,εv与p为非线性关系;②轴向应变ε_(1)、侧向应变ε_(3)均随偏应力q的增大而非线性增大,q随生物酶掺量增加而增大,在一定的围压σ3下,εv随生物酶掺量的增加而减小,q-ε_(1)、ε_(1)-εv、q-ε_(3)等试验曲线都呈现出近似双曲线特征,q-ε_(1)关系表现为应变硬化型,体应变εv表现为应变剪缩型;③基于生物酶掺量的Lade模型,能较准确地反映生物酶掺量对膨胀土应力-应变关系的影响,可较好地预测出不同生物酶掺量、不同围压σ3下的生物酶改良膨胀土的弹塑性应力-应变关系。

生物酶在医院污水处理中的应用研究

处理医院污水常用的工艺有A2/O工艺和AB工艺,以上两种工艺存在磷酸盐及氨氮去除与水温等工艺条件相关因素有关,而造成处理效果不稳定,经试验采用生物酶改良剂+SBR反应器处理医院污水,加入生物酶原液为50 000 mg/L加入一定数量,按SBR工艺条件控制,经处理后,COD去除率达90%以上,出水中磷酸盐及氨氮浓度达到综合废水一级排放标准。在SBR反应器中,当生物酶与医院污水比例为0.1/10 000-1/10000时,对COD的去除率显著提高,在处理医院污水时,曝气时间4 h,此时COD去除率小于90%。能加速聚磷菌对磷的释放和吸收,可使出水达到或接近一级排放标准,同时在好氧段生物酶能显著提高NH3-N的硝化速度,能将硝化时间缩短2h,从而降低了医院污水的处理成本。