黄河冲积粉土的渗透特性研究

黄河冲积粉土分布范围广,工程性质差,作为填料时容易出现渗透破坏现象。为研究粉土的渗透特性,以郑州地区黄河冲积粉土为研究对象,在分析黄河冲积粉土基本物理性质和颗粒级配的基础上,实验研究不同压实度粉土的渗透系数,并验证了常用渗透系数经验公式对黄河冲积粉土渗透系数预测的适用性。研究结果表明:郑州地区黄河冲积粉土颗粒以粉粒组为主,其渗透系数随压实度的增大而减小,大致与压实度呈负指数关系;此外,修正kozeny-carman公式更适于预测压实黄河冲积粉土的渗透系数。

黄河冲积粉土动弹性模量的衰减特性研究

黄河冲积粉土分布范围广、工程性质差,作为填料时容易在动力荷载下产生附加沉降或破坏,给沿黄区域工程建设带来不利影响。为研究压实粉土的动力特性,以郑州地区黄河冲积粉土为研究对象,在分析黄河冲积粉土基本物理性质和颗粒级配的基础上,对不同压实度粉土开展了等压固结分级循环加载的动三轴试验,分析了压实度、围压、循环应力比、加载频率对粉土动弹性模量衰减特性的影响规律。研究结果表明,压实度主要影响粉土的初始弹性模量,随着累积轴向动应变的增加,不同压实度粉土的动弹性模量基本趋于一致;在不同试验条件下,粉土的动弹性模量随着累积轴向动应变的增加表现出逐渐减小的趋势;当累积轴向动应变较小时,动弹性模量的减小速率较快,但随着累积轴向动应变的增加,动弹性模量衰减逐渐减缓,最终趋向稳定;粉土动弹性模量随累积轴向动应变基本呈指数衰减模式。

黄河口粉土强度丧失与恢复过程现场振动试验研究

在黄河口潮坪上选择典型研究区,进行了模拟波浪荷载的现场振动试验,利用轻型静力触探仪测记振动前、振动刚刚结束以及静置一段时间后土体贯入阻力的强度值,研究了海床土强度的丧失、恢复过程及影响因素。研究结果发现:模拟波浪荷载振动导致土体强度丧失发生在海底面下一定深度范围内,强度丧失量和恢复量沿深度呈抛物线型变化。振动后,土体表面排出的水和细粒物质环绕振动点周围形成一系列微型“泥火山”。振动导致土强度最大恢复量值与强度最大丧失量值出现在同一深度处;振动结束 2 h 后,土体强度超过振动前原状土体强度,振动使土体强度丧失与恢复受土体曾经历的水动力作用强弱、振动前土体的原始强度、振动荷载的循环次数、振动能量大小、土体的深度、静置的时间等因素的影响显著。黄河口海床土体强度独特变化规律的成因机理有待进一步研究。

水动力作用对黄河水下三角洲粉质土微结构改造研究

选取黄河三角洲潮坪上初始沉积物相同 ,后期经历的水动力作用具有显著差异的地点 ,钻探采集原状土样 ,进行微结构扫描电镜观测分析 ,研究水动力作用对黄河水下三角洲沉积物微结构改造。发现水动力作用对已有海床沉积物微细结构的显著改造 ,包括细粒物质的分布与存在形式 ;颗粒的均匀性 ;颗粒的形状及排列的定向性。上述微结构的变化机理尚不清楚 。

黄河三角洲粉土原位力学性能试验研究

黄河三角洲粉土主要为第四纪散河流堆积物。结合现场钻探取样、旁压试验(PMT)、扁铲试验(DMT)和室内试验,综合研究黄河三角洲粉土的原位力学特性。室内试验结果表明,黄河三角洲粉土粒径集中在0.075～0.005mm,粒径均匀,级配较差且黏粒含量极低,导致难以压实;孔隙率较高,压缩性大。原位旁压试验结果表明,黄河三角洲地区地基的容许承载力为300kPa左右,且土体的临塑压力随着深度的增加逐渐增大,但在13.0m以下有减小的趋势;随后给出该地区地基旁压模量Em随深度的变化关系式,提出该地区土层旁压模量建议值为1800kPa,并进一步分析变形模量与旁压模量之间的定量关系。扁铲试验进一步论证该地区土层的类别主要为粉土,给出静止侧压力系数K0和水平应力指数KD随深度的变化图。最后讨论侧胀模量ED与压缩模量Es的关系,以及ED,Es随深度的变化情况。

木质素-石灰改良黄河冲积粉土的力学特性

为了使低液限黄河冲积粉土达到铁路路堤填料要求,采用木质素和石灰对其进行改良。通过一系列土工试验对比不同改良剂的改良效果和影响规律,获得合理的改良剂和掺入比;利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观测土样微观结构的变化,揭示干湿循环对其微观结构的影响。结果表明:石灰掺量在3%~4%、木质素与石灰的配合比控制在2∶1~3∶1时,木质素-石灰改良粉土可达到铁路路堤填料的强度要求,且木质素与石灰的掺入比为2∶1时改良效果最好;木质素和石灰的掺入,使得黄河冲积粉土的黏聚力和内摩擦角增加、水稳性提高、微观结构更为稳定;当木质素和石灰掺入比为6%∶3%时,木质素-石灰改良粉土具有更好的抵抗干湿循环的能力。

黄河三角洲粉土-钢界面大型剪切试验研究

土-结构界面的剪切性能决定着构筑物承载能力,影响构筑物安全,在土与结构相互作用研究中至关重要。使用大型界面剪切仪,对黄河三角洲粉土-钢结构界面进行了剪切试验,研究了不同法向应力、含水率和钢板粗糙度对界面剪切特性的影响。结果表明:最大剪应力随着法向应力的增大、粗糙度的增加、含水率的减小而增大;粗糙度对黏聚力影响显著,粗糙度越大,黏聚力和内摩擦角越大;而含水率主要影响内摩擦角,含水率越高,内摩擦角越小,其黏聚力随含水率的升高呈先升高后下降的趋势;法向应力越低,含水率越低,界面剪胀性越明显;随着法向应力和粗糙度的增加,界面剪缩趋势增加,体变量也随之增大。研究成果可为黄河三角洲地区工程设计及数值模拟提供参考。

建筑垃圾改良黄河冲积粉土的力学特性试验研究

为了解决黄河冲积粉土工程性质较差这一问题,首先用建筑垃圾对黄河冲积粉土进行改良,然后通过试验研究了不同掺量的建筑垃圾对黄河冲积粉土力学特性的影响.试验结果表明:掺比20%以上的建筑垃圾能够显著提高黄河冲积粉土的最佳含水率;经建筑垃圾改良的黄河冲积粉土的压缩系数α随着建筑垃圾掺量的增加而减小,渗透系数则随着建筑垃圾掺量的增加而增加,这表明使用经建筑垃圾改良的黄河冲积粉土作为路基填料,可减小路基变形,提高路基的水稳定性;掺入粒径在1~2 mm之间的建筑垃圾虽然会降低黄河冲积粉土的强度,但能显著提高黄河冲积粉土的内摩擦角.本研究可为黄河冲积粉土改良工程提供参考.

黄河冲积粉土地区深基坑变形三维有限元分析

依托黄河流域冲积粉土地区深基坑工程,采用大型岩土工程有限元软件PLAXIS 3D建立了深基坑三维有限元模型,土体采用硬化土本构模型,分析了基坑开挖对围护结构及周边环境变形的影响,研究了围护桩嵌固深度及地下水位对基坑围护结构变形的影响。结果表明:采用硬化土本构模型能较好地预测黄河流域冲积粉土围护结构的变形和周边沉降;随围护桩嵌固深度增大,基坑围护结构水平位移减小,但减小的幅度也越来越小;考虑降水的基坑围护结构水平位移远小于不考虑降水情况,应做好降水措施,防止围护结构变形过大。

黄河淤积粉土的两种复合稳定方案与性能对比

为探索路基工程中黄河淤积粉土的稳定技术和性能保障方案,针对德州齐河县境内的黄河淤积粉土,在乳化沥青复合稳定粉土(AE稳定土)的研究基础上,采用无机/有机复合材料制备出一种复合固化剂(FG固化剂),研究了AE稳定土和FG稳定土2种稳定方案下粉土的抗压强度性质、水稳定性和抗冻融能力;结合XRD、SEM表征技术,探讨了FG固化剂的稳定机理。研究认为,FG固化剂稳定土较AE稳定土有着更高的无侧限抗压强度、回弹模量和承载能力,水稳定性良好,在抗冻融能力上有着比AE稳定土更好的效果。XRD与SEM分析表明,FG固化剂提供了活性矿物质,其复合胶凝效应和填充增强保障了粉土的抗压强度,高分子物质起到粘结颗粒界面、填塞孔隙的作用,降低了内部孔隙率;两者造成土体的最大干密度变大;与AE稳定土的稳定机理不同。FG固化剂的使用为黄河粉土的稳定和工程应用提供了参考方法。

粉土p-y曲线的试验研究

进行了浸水黄河粉土中模型钢管桩的水平静力荷载试验,对试验弯矩用6阶多项式进行拟合,推得了黄河粉土的p-y曲线,并与API建议砂土和软黏土p-y曲线进行了比较。根据粉土试验p-y曲线,提出了黄河粉土p-y曲线的理论表达式,用此理论p-y曲线进行了水平荷载下模型桩的数值分析,并与试验测试弯矩进行了比较。研究结果表明:粉土的黏聚力对p-y曲线有很大的影响,忽略粉土黏聚力的抗力作用将导致桩基水平承载力的设计偏于保守;基于理论粉土p-y的模型桩的数值结果与试验弯矩值吻合得较好。

黄河冲积粉土堤防工程劈裂注浆防渗加固技术研究

为提高低液限低渗透性粉土堤防工程的防渗加固效果,利用粉煤灰和膨润土对水泥-水玻璃双浆液进行室内正交改良试验和现场劈裂注浆试验。结果表明:为保证注浆料和固结体良好的工作性能和强度性能,C-S体积比以控制在2左右,同时粉煤灰和膨润土的掺量宜控制在胶凝材料总掺量的25%和5%;当注浆孔间距为1.2m时,单孔注浆量满足0.3~0.4m 3的设计要求,且浆脉的平均厚度达到5.8cm,平均渗透系数仅为4.4×10-6 cm/s。研究成果可为黄河堤防工程的防渗加固提供指导。

乳化沥青复合稳定粉土的强度和水稳定性初探

黄泛区粉土的黏粒含量少,结构性差,它的稳定一直是工程领域难题.采用复合稳定的思路,研究了乳化沥青与水泥、粉煤灰复合稳定粉土的强度性质和耐水破坏能力。试验表明:乳化沥青稳定粉土时,可以在土体中形成一定比例的人造黏粒,为土体带来了稳定的沥青胶凝结构,既保证了试验试件的成型,也带来了一定的初期强度和水稳定性.利用乳化沥青和水泥复合稳定粉土时,抗压强度和水稳系数得到了良好的改善,抗压强度与养生时间遵循对数关系,其1d强度形成较快,可达土体7d强度的69%~77%;水稳定性可以达到粉煤灰、水泥综合稳定土的两倍以上.当添加粉煤灰进行综合稳定时,乳化沥青的类型和pH环境对稳定效果有明显的影响,只有阴离子乳化沥青才可以发挥粉煤灰的作用,使稳定土体的抗压强度大为改善。

MICP加固粉土的渗透特性及微观机理

针对黄河冲积平原地区的粉土颗粒均匀、黏聚力低、水稳性差,雨季时易出现水害,然而现有加固方法环保性不足的问题,利用绿色环保的微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbially Induced Calcite Precipitation,MICP)技术进行加固.首先,选用巴氏芽孢杆菌作为微生物,通过多轮注浆制得MICP加固土样.然后,采用三轴渗透试验研究其渗透特性.最后,结合其内部碳酸钙含量测定、电镜扫描结果揭示微观机理.研究结果表明:MICP加固可使粉土渗透系数降低96%;渗透系数和其内部平均碳酸钙产量之间呈线性关系,且渗透系数随胶结液浓度和加固轮数的增加而降低,但趋势逐渐变缓.MICP反应在粉土中产生的碳酸钙晶体为菱形聚合物,且主要分布在粉土颗粒表面、土颗粒间孔隙及孔喉处,起到覆膜、粘连和封堵作用,进而降低渗透系数.相关研究成果可为MICP技术在改良加固粉土中的应用提供理论支持和技术参考.

不同压实度下粉土的三轴压缩试验研究

通过三轴压缩试验对黄河粉土的压实度与抗剪强度关系进行了探讨,并分析了不同压实度与土的内聚力和内摩擦角间的变化关系,研究表明在相同的围压下,抗剪强度与压实度成正比,而在相同的压实度下,抗剪强度与围压成反比,且随着压实度的提高,内聚力逐渐降低而内摩擦角则逐渐增大。

矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥稳定粉土的强度及固化机理

采用矿渣、钢渣、脱硫石膏和普通硅酸盐水泥联合制备固化剂,对黄河冲积粉土进行改良固化,在提高工业废渣资源化利用的同时,以期解决黄河冲积粉土强度低、水稳性差等路基工程应用难题。首先,基于无侧限抗压强度试验、水稳性试验和干湿循环强度试验探究固化剂掺量和养护龄期对固化粉土强度的影响规律,确定固化剂的最优掺量;其次,针对最优固化剂掺量的固化粉土,开展不同龄期固化粉土的渗透性试验,同时结合核磁共振测试、矿物成分分析以及电镜扫描,揭示固化粉土的矿物成分及微观结构的演化规律。研究结果表明:矿渣-钢渣-脱硫石膏-水泥固化粉土的最优掺量为干燥粉土质量的10%;固化粉土的水化产物主要为水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和钙矾石晶体(AFt);水化产物的粒间胶结和填充作用使土颗粒间形成致密结构,增强了固化粉土的力学强度、水稳性和抗渗性能。

水泥-沥青粉复合稳定粉土的强度及渗透特性

为解决黄河冲积粉土强度低、路用性能差等工程应用问题。以水泥和沥青粉作为改性剂,对黄河冲积粉土进行复合稳定。基于无侧限抗压强度试验、核磁共振试验和渗透试验,探究了水泥-沥青粉复合稳定粉土在标准养护条件下的龄期强度、孔隙分布及渗透系数的演化规律。结果表明:水泥-沥青粉稳定粉土具有良好的力学性能,7 d龄期的无侧限抗压强度为976 kPa,且试样饱和后的强度损失较小;稳定粉土的孔隙特征是其力学强度及渗透性能的重要影响因素,饱和稳定粉土的核磁共振试验结果表明,随着养护龄期的增加,稳定粉土的孔隙率减小,稳定粉土的渗透系数随龄期的增加呈指数函数关系减小,同时稳定粉土的无侧限抗压强度对含水状态的敏感性降低。

基于人工神经网络的海底细粒土工程分类研究

海洋沉积物工程定名对于开展海洋工程建设具有重要作用,然而海底粉土和黏性土的定名受人为因素影响容易产生误差。使用人工神经网络的方法对黄河口埕岛海域284组细粒土数据进行了训练和学习,得到了只利用沉积物粒径质量分数进行定名的方法。结果表明,使用人工神经网络的方法能够有效地对沉积物进行工程定名。当网络含有5个输入层节点、9个隐藏层节点、3个输出层节点、训练函数为Scaled conjugate gradient时定名准确率最高,检验准确率高达97.7%。训练数据的数量是造成神经网络预测存在误差的重要因素,随着数据量的增加,网络的可靠性和通用程度将越来越高。

冻融循环下黄河堤岸粉土力学特性及应力-应变归一化分析

为研究不同冻融循环次数下黄河堤岸粉土应力-应变关系及抗剪强度的变化规律,开展了一系列三轴固结不排水剪切试验,并依据Kondner所提出的双曲线方程,对不同冻融循环次数后堤岸粉土的应力-应变关系曲线进行了归一化分析,考虑到不同围压及冻融循环次数对试样切线模量的影响,在数值上对模量损伤比进行了修正。结果表明:未冻融样的应力-应变关系曲线为应变硬化型,经不同次数冻融循环后变为应变稳定型,但在高围压下,试样的应力-应变曲线则出现弱软化特征,且随着冻融次数的增加,软化程度也随之增大;不同冻融循环次数下试样的抗剪强度,受粘聚力影响较大但受内摩擦角的影响较小,粘聚力最大降幅出现在土体第1次冻融循环之后。同时,基于三轴试验数据所建立的归一化方程能较好的预测不同冻融循环次数下试样的应力-应变关系,计算值与试验值较为接近。