Engineering properties and microstructure of expansive soil treated with nanographite powder

To reduce geological disasters caused by expansive soil,it is crucial to use a new type of modified material to rapidly improve soil strength instead of traditional soil improvement materials such as lime and cement.Nanographite powder(NGP)has excellent properties,such as high adsorption,conductivity,and lubrication,since it has the characteristics of small size,large specific surface area,and high surface energy.However,previous studies on the improvement of expansive soil with NGP are not processed enough.To study the improvement effect of NGP on expansive soil,non-load swelling ratio tests,consolidation tests,unconfined compressive strength tests,mercury injection tests,and micro-CT tests on expansive soil mixed with different NGP contents were performed.The results show that the non-load swelling ratio,mechanical properties,and porosity of expansive soil show some increasement after adding NGP.The strength of expansive soil reaches the maximum when the NGP content is 1.450%.The cumulative mercury volume and compressive strain of expansive soil reach the maximum with the 2.0%NGP content.Finally,the modification mechanism of swelling,compressibility,microstructure,and compressive strength of expansive soil by NGP is revealed.

Engineering Properties of Expansive Soil

The components of expansive soil were analyzed with EDAX, and it is shown that the main contents of expansive soil in the northern Hubei have some significant effects on engineering properties of expansive soil. Furthermore, the soil modified by lime has an obvious increase of Ca^(2+) and an improvement of connections between granules so as to reduce the expansibility and contractility of soil. And it also has a better effect on the modified expansive soil than the one modified by pulverized fuel ash.

Emerging trends in expansive soil stabilisation: A review

Expansive soils are problematic due to the performances of their clay mineral constituent, which makes them exhibit the shrink-swell characteristics. The shrink-swell behaviours make expansive soils inappropriate for direct engineering application in their natural form. In an attempt to make them more feasible for construction purposes, numerous materials and techniques have been used to stabilise the soil. In this study, the additives and techniques applied for stabilising expansive soils will be focused on,with respect to their efficiency in improving the engineering properties of the soils. Then we discussed the microstructural interaction, chemical process, economic implication, nanotechnology application, as well as waste reuse and sustainability. Some issues regarding the effective application of the emerging trends in expansive soil stabilisation were presented with three categories, namely geoenvironmental,standardisation and optimisation issues. Techniques like predictive modelling and exploring methods such as reliability-based design optimisation, response surface methodology, dimensional analysis, and artificial intelligence technology were also proposed in order to ensure that expansive soil stabilisation is efficient.

木质素纤维-高钙粉煤灰复合改良膨胀土试验研究

为改进单一方法改良膨胀土存在的不足,选用木质素纤维和粉煤灰复合改良膨胀土,提升改良土强度和破坏韧性,抑制膨胀变形。分别开展了自由膨胀率、有荷膨胀率(50 kPa)、无侧限抗压强度试验、低应力直剪试验获得单掺粉煤灰时的最优掺量,再掺入木质素纤维进行力学强度试验、水稳试验和微观试验,以力学特性变化结合微观结构特征分析复合改良效果。结果表明:单掺粉煤灰能够抑制膨胀土的膨胀特性,提升改良土强度,最佳粉煤灰掺量为20%;加入木质素纤维进行复合改良能够进一步提升土体强度,增强破坏韧性,水稳性也大大增强,20%粉煤灰和1.0%木质素纤维复合改良效果最好;复合改良能够很好地改善孔隙分布,抑制土体裂缝延伸,增强土体密实度。

水泥-微硅粉改良膨胀土工程特性试验研究

为研究水泥和微硅粉复合改良膨胀土作为路基填筑材料的工程性质,以南阳市内乡县某路段膨胀土路基填料为研究对象,通过膨胀力试验、无荷膨胀率试验、无侧限抗压强度试验以及直剪试验,分析其在不同养护龄期下的膨胀特性和力学特性,结合SEM电镜扫描分析改良机理,并探讨了改良膨胀土力学特性变化与微观形貌之间的关系。结果表明:随着水泥、微硅粉的加入及养护龄期的增加,改良膨胀土的抗压强度及抗剪强度提高,膨胀性降低;采用水泥-微硅粉复合改良膨胀土的效果更优;综合考虑改良效果和经济性,改良剂的最优掺量为水泥7%、微硅粉10%。

石灰与水泥改性加固膨胀土对比试验研究

为探究石灰和水泥改性两种方法加固膨胀土的效果,以蒙-华铁路三荆段为例,采用现场采样和室内试验,对膨胀土样品的颗粒分布和力学特性进行了分析,研究了两种改性加固方法不同掺和比例的加固效果,分析内摩擦角、黏聚力、剪切强度等指标的变化规律,对两种加固方案的效果进行了比较,并通过电镜扫描分析了加固后的微观结构,揭示加固机理。结果表明:MHTJ-19和MHTJ-21两个区段的膨胀土在黏性矿物成分、颗粒级配和力学参数方面一致性良好,不存在系统差异。石灰和水泥改性显著提升了膨胀土的黏聚力、内摩擦角和抗剪强度,其中水泥改性效果更佳。电镜扫描图像分析显示,这两种改性方法通过颗粒凝聚作用提高了膨胀土的力学性能和降低了膨胀性。研究成果可为重载铁路工程路基设计和维护提供参考依据。

水泥/石灰和土壤固化剂复合改良膨胀土试验研究

采用水泥/石灰和BJ-W土壤固化剂对安徽地区膨胀土进行了改良试验研究。依据液限、塑限和自由膨胀率试验初步选定改良膨胀土的配合比范围,并通过胀缩总率、无侧限抗压强度和稳定性试验,进一步分析了改良膨胀土的性能变化规律。试验结果表明,掺入水泥/石灰和BJ-W土壤固化剂复合改良中、弱膨胀土时,液限逐渐减小,塑限逐渐增大,自由膨胀率降低到40%以下,且胀缩总率低于0.7%;无侧限抗压强度和稳定性试验中,改良膨胀土的强度和水稳系数(>80%)显著增加,且经过5次干湿循环后,改良膨胀土的强度衰减率小于20%,膨胀土的反复胀缩特性显著改善。综合考虑改良膨胀土的胀缩和强度特性,采用水泥和BJ-W土壤固化剂复合改良膨胀土效果最佳,中膨胀土最优配合比为7%水泥和0.02%BJ-W土壤固化剂,弱膨胀土最优配合比为6%水泥和0.02%BJ-W土壤固化剂。

聚丙烯纤维加筋和石灰改良昔格达土工程性质试验

为探讨聚丙烯纤维加筋和石灰共同改良攀西地区昔格达土的工程性质,在昔格达土中掺入不同含量长度为2.5 cm的聚丙烯纤维,制备不同聚丙烯纤维掺量石灰改良土样,然后进行有荷膨胀试验、无侧限抗压试验和直接剪切试验。结果表明:聚丙烯纤维加筋不仅可减小石灰土的膨胀性,还可以改善昔格达土的抗压、抗剪和变形等力学特性;直剪试验表明,聚丙烯纤维加筋石灰土颗粒与聚丙烯纤维之间的摩擦力增大,使土样的黏聚力明显增大。结论:聚丙烯纤维加筋能有效改善石灰昔格达土的工程性质,当掺入0.3%的聚丙烯纤维时石灰昔格达土的聚丙烯纤维加筋效果最佳。

典型特殊土处理技术研究进展

岩土工程中的部分土体因其成分、状态或结构特殊,表现出显著不同于一般粘性土的工程特性,对地基基础和地上建筑有显著的影响。本文选择典型的软土、红黏土和膨胀土作为研究对象,对其工程性质、危害以及加固改良三个方面进行了相关阐述。研究结果表明,软土的典型特征表现为天然含水量大、易压缩、抗剪强度低,导致软土地基必须加固处理;红粘土的典型特征表现为液塑限高、失水收缩显著、裂隙发育明显,导致地上建筑开裂和破坏;膨胀土的典型特征表现为水敏性显著,水分的急剧变化导致膨胀土胀缩变形强烈、裂隙大量发展,导致膨胀土边坡易发生崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害,而膨胀土场地上的工程项目会产生变形、开裂或不均匀沉降等严重的工程问题。针对软土、红粘土以及膨胀土的工程地质问题,现有学者通过物理、化学、生物的方法实现了土体的加固改良,并持续研发新技术和新方法实现更优的处理效果。

老路扩建高液限土路基改良方案优选

为进一步提高路基的安全性稳定性,以京杭大运河西路为例,通过有限元数值计算软件ABAQUS对石灰改良土路基的沉降效果进行分析。进行了路基分别在原状土、掺入4%石灰(以质量分数计,后同)、掺入6%石灰、掺入8%石灰、掺入10%石灰5种工况下的沉降分析,并与工程实测数据进行对比。研究结果表明:与原状土相比,掺入不同含量的石灰后,路基整体沉降都有所减小,说明高液限土掺入石灰后能改善土体性能,减小结构整体沉降;工程实测沉降量均在数值模拟数据值(33.64 cm)上下浮动,幅度不超过5.78%。由此看出,工程实测数据与数值模拟数据基本一致,相差不大。综上,改良土掺8%石灰为最合理掺量。该研究结果可为类似工程提供参考。

固化滨海盐渍土力学及溶陷特性研究

滨海盐渍土作为一种特殊土,具有溶陷、盐胀、腐蚀等不良的工程特性,为研究石灰+粉煤灰+水泥固化盐渍土改良材料土作为路基土的适用性,开展了液塑限、击实、无侧限抗压强度、三轴压缩、溶陷性试验,分析不同条件对改良盐渍土物理性指标、力学性能、溶陷特性的影响。结果表明:液塑限随固化剂掺入量的增加基本呈线性增加趋势,塑性指数减小;固化剂的加入使盐渍土最大干密度减小,最优含水率变化不明显;固化剂掺量和养护期龄对滨海盐渍土的力学性能影响显著;固化剂掺量小于14%时溶陷沉降量随固化剂掺量的增加呈减小趋势,提高含水率、压实度可以有效地降低固化盐渍土的溶陷沉降量。

盐渍土工程性质的改良研究进展

盐渍土中的盐分在外界环境的作用下会发生反复的结晶和溶解使土体性质不断劣化,这一过程对盐渍土地区的基础设施产生了严重的危害,因此,对盐渍土进行合理有效的改良已经成为工程建设中急需解决的问题。通过回顾国内外相关文献,本文概述了盐渍土经过化学方式、物理方式、生物方式改良后工程性质的变化以及产生的再生问题,并对部分再生问题提出了合理的解决方法,其中化学改良方式为本次综述的重点。研究表明,三种改良方式均可有效改善盐渍土的工程性质但侧重点有所不同,并且每种改良方式都存在一些缺陷,下一步还需加强对这些缺陷的解决方式的研究。除此之外,在改良盐渍土的耐久性和动力学性质、微观结构的分析、土体改良工艺的优化和特殊盐渍土的治理等方面还需更进一步的研究和探索。

钢渣和石灰改良膨胀土的工程特性研究

在天然膨胀土中添加钢渣和石灰以改良工程性质。对改良后膨胀土进行界限含水率、压实性、膨胀性以及承载比试验,研究钢渣和石灰作为添加剂对膨胀土工程特性的影响。结果表明,随着钢渣/石灰掺量的增加,液限、塑限等界限含水率降低,最优含水率下降而最大干密度增加;掺钢渣和石灰后,改良土的膨胀性能显著降低,承载比明显增加。相同条件下,钢渣对膨胀土工程特性的改良作用优于石灰,而两者结合使用时效果更佳。这是由于钢渣除了与膨胀土发生离子交换,产生絮凝作用外,还可生产C-S-H等胶凝物质,加入石灰可以激发钢渣胶凝物质的反应。

采用微生物技术复合改良膨胀土的工程特性试验研究

膨胀土是岩土工程界的公认难题之一,基于微生物技术,结合石灰、水泥、粉煤灰等改良材料,系统开展了复合改良膨胀土的工程特性试验研究。结果表明:①微生物复合改良膨胀土成功的将弱膨胀土变为无膨胀土,自由膨胀率最低降低至8%,降幅达84.31%,工程效果良好。②经复合处理试样中的蒙脱石相对含量降低、伊利石相对含量上升是抑制胀缩特性的一个重要原因。③膨胀土中单掺菌液20%情况下,摩擦角同比可增加23%。④菌液、粉煤灰、石灰复合改良膨胀土情况下,石灰掺比1%粉煤灰2%的低掺比组合对提高强度更为有利。

红黏土、石灰复合改良千枚岩土胀缩特性研究

为降低千枚岩土的膨胀率和红黏土的收缩率,笔者提出了一种物理-化学联合改良千枚岩土的方法,设计红黏土质量掺和比为0、20%、40%、60%、80%和100%,石灰质量掺量为0、3%、5%和8%共计24种不同组合改良方案。通过全风化千枚岩复合改良土胀缩性试验,分析了复合改良土的胀缩特性,并从微观角度解释了红黏土、石灰复合改良千枚岩土胀缩特性的机理。试验发现自由膨胀率演化规律与无荷膨胀率相似,膨胀率随红黏土掺和比的增加而降低,随石灰掺量增加,膨胀率先快速下降后趋于稳定,得出石灰优化掺量为3%。掺入石灰后的膨胀力随红黏土掺和比先降低后增大,红黏土掺和比60%时达到最低。当石灰掺量>3%时,改良效果较石灰掺量3%时提升不显著。土样线缩率随红黏土掺和比的降低、石灰掺量的增加而减小,且石灰掺量>3%时降幅较小。综合收缩试验结果可知:千枚岩土降低红黏土收缩变形效果优于石灰;各石灰掺量下,缩限皆随红黏土掺和比的增加先降低后升高,在红黏土掺和比约40%时达到最低;综合胀缩试验结果,建议优化掺量为红黏土掺和比40%~60%、石灰掺量3%,此时自由膨胀率降低24%~26%,无荷膨胀率降低25.9%~27.0%,膨胀力降低639~593 kPa,线缩率降低0.7%~0.8%。

水泥-碱渣改良膨胀土干湿循环耐久性及其劣化机制试验研究

通过系统的室内试验对水泥-碱渣改良膨胀土的工程性质及其干湿循环耐久性进行评价,并通过微观测试技术分析了改良机理以及干湿循环劣化机制。结果表明,经水泥-碱渣改良后,膨胀土的液限、塑性指数和自由膨胀率明显减小,无侧限抗压强度显著增大;降低水泥-碱渣质量比引起的工程性质劣化可归因于复合型化合物CaO·SiO_(2)·CaCO_(3)·nH_(2)O的胶凝性能比典型水化胶凝产物弱。干湿循环初期,试样宏观形貌及无侧限抗压强度无明显变化;随着干湿循环次数的增加,试样强度明显减小,其宏观破坏特征表现为剥落。干湿循环作用下,改良土的微观劣化作用机制在于水化胶凝产物对土颗粒或团聚体的胶结作用遭到破坏,以及微裂缝的发育及扩张。

石灰掺量对分散性土工程性质的时效影响分析

为研究不同石灰掺量和龄期对新疆某地分散性土长期力学性能的影响,通过改性研究和力学性质试验,探讨不同石灰掺量和龄期下改性土的变形与强度变化规律。结果表明:随石灰掺量增加,分散性抑制效果越好,最大干密度逐渐降低,内摩擦角增大,黏聚力和无侧限抗压强度先增大后减小,压缩系数先减小后增大,最后趋于稳定;随龄期延长,压缩系数减小,黏聚力、内摩擦角和无侧限抗压强度增大。当石灰掺量为3%时,分散性土改性为非分散性土,无侧限抗压强度达到峰值,龄期为3、28 d时,其强度提高48.24%、252.74%;当掺量为5%时,黏聚力取得极大值,龄期3 d和28 d的改性土黏聚力分别增加14.67%、50.05%。龄期越长,强度越高,改性土越脆,适应变形能力减弱。

泗水县城区膨胀土判定及工程地质特性研究

济宁地区广泛分布膨胀性黏土,膨胀土在工程地质勘察中属于特殊性岩土,具有吸水膨胀失水收缩工程特性。从而改变原有土体结构和力学性能,对其上部建筑物造成不同程度破坏。泗水县城区及周边膨胀土较为明显,给当地居民的生活和财产造成不同程度的损失。本文通过泗水县膨胀性粘土矿物成分、物理力学性质等分析,研究膨胀土各项性能指标和膨胀性能及形成原因,对本区工程建筑设计和施工具有指导意义和参考价值。

粉土改良膨胀土工程特性试验研究

为探讨粉土改良膨胀土的工程特性,对不同粉土占比的改良膨胀土进行了击实试验、膨胀特性试验、界限含水量试验、承载比(CBR)试验和无侧限抗压试验。结果表明,掺加粉土降低了膨胀土亲水性能,改善其压实特性,粉土占比为40%时,最大干密度达到峰值。改良土的膨胀性指标显著降低,自由膨胀率可降低至24.5%,有荷膨胀率逐渐接近0;随着粉土占比的提高,改良土的CBR值得到明显提升,无侧限抗压强度先增大后减小,粉土占比为10%时,改良土无侧限抗压强度达到峰值0.87 MPa。结合连宿高速公路工程实际,利用低掺量石灰降低膨胀土塑性,使其易破碎从而提高材料拌和均匀性,对40%粉土与2.5%石灰联合改良膨胀土进行室内试验,发现石灰掺入提高了土体无侧限抗压强度,进一步抑制了土体的膨胀潜势。

高炉矿渣—石灰复合改良膨胀土工程特性试验研究

针对传统石灰改良膨胀土能耗高、污染大的缺点,应用工业固体废物高炉矿渣替代部分石灰对河北地区膨胀土进行改良。通过击实试验及无侧限抗压强度试验分析高炉矿渣-石灰改良土的击实特性、水敏特性、力学特性和水稳特性,并将其与相同掺量的石灰改良膨胀土进行对比。结果表明:相同击实功下,改良土的最大干密度随高炉矿渣占比的增加呈上升趋势,最优含水率呈下降趋势;改良土未浸水和浸水无侧限抗压强度、弹性模量随高炉矿渣占比的增加呈先增后减趋势,高炉矿渣占比为0.75时达到最大值。高炉矿渣占比为0.25,0.5,0.75时,改良土未浸水和浸水无侧限抗压强度、弹性模量均高于石灰改良土。改良土水稳系数随高炉矿渣占比的增加而呈下降趋势。