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明挖隧道固化土的重塑及重金属浸出特性研究

中国公路学报 2023年第11期36卷 335-344页

作者：陈龙陈永辉李德晟陈庚闵凡路河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210024 河海大学土木与交通学院江苏南京210024 河海大学苏州产业研究院江苏苏州215000

苏锡常南部高速公路常州至无锡段太湖隧道(以下简称太湖隧道)工程采用明挖法施工,存在先固化湖底淤泥开挖,后在隧道顶回填的过程。通过室内试验,研究了不同水泥掺量情况下,破碎过程对于土体强度损失规律的影响、重金属浸出规律及水稳定... 详细信息

苏锡常南部高速公路常州至无锡段太湖隧道(以下简称太湖隧道)工程采用明挖法施工,存在先固化湖底淤泥开挖,后在隧道顶回填的过程。通过室内试验,研究了不同水泥掺量情况下,破碎过程对于土体强度损失规律的影响、重金属浸出规律及水稳定性。研究发现,破碎过程使得土体的强度损失较大,不同重塑固化土的强度在20~70 kPa之间,相较于破碎前的强度降低量为67%~87%。重塑固化土的强度随二次养护龄期的增加而增加,破碎的时间越早后期增长强度越高,养护总龄期为60 d时,重塑固化土的强度在123~155 kPa。Hg、Pb、As、Cr、Cu等元素的最大浸出浓度随着养护时间的增加逐渐减少,当养护龄期超过28 d后趋于稳定。无论是固化土还是重塑固化土,Cu和Hg的最大浸出浓度均保持较低值,破碎重塑没有显著增大其浸出量。破碎过程会使得其他金属元素的浸出量增加,但是总体均能够满足Ⅳ类水限值的要求。一次掺灰的重塑固化土浸水后均出现崩解情况,需要进行二次掺灰。重塑固化土的二次养护龄期超过7 d,即可获得相对较高的水稳定性。一次养护28 d后破碎的重塑固化土的强度为51.3 kPa,浸水7 d后其强度提高到83.9 kPa,增幅63.5%。根据室内试验结果,综合考虑强度、耐久、环境和经济等因素,选用水泥掺量为5%+2%(使用二次掺灰方法),就地固化后养护28 d,并在回填后继续养护7 d以上的施工方案;该方案在太湖隧道工程中取得了较好的效果。

关键词：隧道工程破碎重塑室内试验固化土重金属浸出水稳定性

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固化土双向制样仪研发与制样效果多尺度对比

实验技术与管理 2024年第1期41卷 193-200页

作者：朱剑锋夏亚宁鞠露莹杨浩浙江科技大学土木与建筑工程学院浙江杭州310023

该文研发了一款电动双向固化土试样制样仪,通过与击实法及静压法制样的试样进行宏观、细观、微观对比,分析验证双向制样仪的可行性。结果表明:在宏观层面上,双向试样固化土无侧限抗压强度最高,静压试样次之,而击实试样最低;双向试样固... 详细信息

该文研发了一款电动双向固化土试样制样仪,通过与击实法及静压法制样的试样进行宏观、细观、微观对比,分析验证双向制样仪的可行性。结果表明:在宏观层面上,双向试样固化土无侧限抗压强度最高,静压试样次之,而击实试样最低;双向试样固化土整体外观颜色一致且破坏形式稳定,均为剪切破坏,均匀性优于击实法和静压法试样。在细观层面上,双向试样的表观孔隙最少且分布均匀。在微观层面上,双向试样内部微观结构最致密,进汞量最少,孔隙体积占比以直径较小的颗粒间孔隙为主。因此,多尺度对比研究表明,自主研发的双向制样仪的制样效果优于静压仪和三瓣模(或双瓣模),可在土工试验中推广应用。

关键词：固化土电动双向制样仪双向压实法击实法静压法

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固化土微观测试评价方法述评

材料导报 2021年第9期35卷 9168-9173页

作者：倪航天黄煜镔重庆大学土木工程学院重庆400045

土是一种最基本的工程材料,而天然土体的性质往往难以满足工程需要。近年来,因土体固化/稳定(S/S技术)后具有适用范围广、强度易改善等优点,目前固化土已得到广泛关注与应用。在固化土体的过程中,涉及了复杂物化反应,为认清固化机理、... 详细信息

土是一种最基本的工程材料,而天然土体的性质往往难以满足工程需要。近年来,因土体固化/稳定(S/S技术)后具有适用范围广、强度易改善等优点,目前固化土已得到广泛关注与应用。在固化土体的过程中,涉及了复杂物化反应,为认清固化机理、评价固化效果、获得改进措施,有必要完善微观研究固化土的方法,建立相应的测试评价体系。目前,固化土的微观测评主要集中在物质组成分析和微观结构分析两部分。相应的测试方法主要包括X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜-能谱分析系统(SEM/EDX)、电子计算机断层扫描技术(CT)、压汞法(MIP)、电阻率法、核磁共振(NMR)等技术。然而,这些主流测试方法用于固化土微观测评仍存在一些问题。这些弊端可能是技术不够成熟所致,或是源于对测试原理与固化机理关系的认识不清,亦可能是方法本身固有的弊端,因此对于当前主流测试方法,仍有广阔的空间去改进、探索与发展。通过合理的试验设计能够获得XRD包含的潜在信息,并解决定量问题;通过对SEM的数据分析以及和其他技术的配合使用,可以在一定程度上掌握固化土微观的三维形貌及图像内微区的物质信息;通过对CT技术的改进,能够在无损的前提下,实现固化土微观结构的三维重构,测评固化效果;通过对MIP样本制作过程的优化与模型方程的改进,可以在一定程度上避免"瓶颈孔"、"遮蔽孔"等问题,减小试验误差;通过对电阻率法的不断优化,能够实现对固化土快捷、无损且连续的大区域现场评价;通过对NMR测试过程与反演过程的研究,有助于提高检测精度,降低对样本的要求。本文综述了当前固化土研究中常用的微观测试方法,重点分析了固化土研究中这些方法的常见问题,并总结了当前主要的改进措施,指出准确理解方法的机理是应用的基础,并提出对未来固化土微观研究发展方向及研究模式的展望,以期为固化土的微观测试研究提供参考。

关键词：固化土微观结构测试评价 X射线衍射分析扫描电镜计算机断层扫描

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固化土双向制样仪研发与制样效果多尺度对比

实验技术与管理 2023年

作者：朱剑锋夏亚宁鞠露莹杨浩浙江科技学院土木与建筑工程学院

该文研发了一款电动双向固化土试样制样仪，与击实法与静压法制样的试样进行宏观、细观、微观对比，分析验证双向制样仪的可行性。结果表明：宏观层面，双向试样固化土无侧限抗压强度最高，静压试样次之，而击实试样最低；双向试样固化... 详细信息

该文研发了一款电动双向固化土试样制样仪，与击实法与静压法制样的试样进行宏观、细观、微观对比，分析验证双向制样仪的可行性。结果表明：宏观层面，双向试样固化土无侧限抗压强度最高，静压试样次之，而击实试样最低；双向试样固化土整体外观颜色一致且破坏形式稳定（均为剪切破坏），均匀性优于击实法和静压法试样。细观层面，双向试样的表观孔隙最少且分布均匀。微观层面，双向试样内部微观结构最致密，进汞量最少，孔隙体积占比以直径较小的颗粒间孔隙为主。因此，多尺度对比研究表明，自主研发的双向制样仪的制样效果优于静压仪和三瓣模（或双瓣膜），可在土工试验中推广应用。

关键词：固化土电动双向制样仪双向压实法击实法静压法

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海上风电基础流态固化土抗冲刷特性试验研究

东南大学学报（自然科学版） 2023年第4期53卷 647-654页

作者：李志越戴国亮杜硕李忠伟欧阳浩然龚维明东南大学土木工程学院南京211189 东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京211189

由于海上风电基础冲刷保护方式不足,且固化土抗冲刷特性评估指标较少,提出流态固化土保护方法,并通过侵蚀系数与起动切应力的关系研究固化土抗冲刷特性.进行固化土起动试验和冲刷率试验,研究不同制备条件下固化土的抗冲刷特性,并通过起... 详细信息

由于海上风电基础冲刷保护方式不足,且固化土抗冲刷特性评估指标较少,提出流态固化土保护方法,并通过侵蚀系数与起动切应力的关系研究固化土抗冲刷特性.进行固化土起动试验和冲刷率试验,研究不同制备条件下固化土的抗冲刷特性,并通过起动切应力和冲刷率参数反演,拟合起动切应力和侵蚀系数的关系.结果表明:随固化土养护时长、水泥质量分数增大,固化土起动切应力增大;同一切应力条件下,冲刷率随养护时长增长而减小,随水泥质量分数增大而减小;当水流切应力为8 Pa时,养护时长72 h、水泥质量分数20%的固化土冲刷率为4.12×10^(-5) m/s,推荐此为最佳制备配合比.同样侵蚀系数下,固化土起动切应力远大于黏土,具有较好的抗冲刷特性.

关键词：海上风电固化土冲刷防护侵蚀系数

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桐油对固化土搅拌和易性及强度的影响研究

岩土工程学报 2023年

作者：刘行邓婷婷邓永锋詹良通刘松玉东南大学交通学院浙江大学建筑工程学院

搅拌法在穿越黏土地层（塑性指数大于25）施工时，黏土容易粘附在搅拌桨和转杆上，形成团聚包裹，极大地影响搅拌的和易性和固化土工程性质。桐油是一种干性天然植物油，具有较好疏水和润滑性，在传统生土材料中得到了广泛应用。针对水... 详细信息

搅拌法在穿越黏土地层（塑性指数大于25）施工时，黏土容易粘附在搅拌桨和转杆上，形成团聚包裹，极大地影响搅拌的和易性和固化土工程性质。桐油是一种干性天然植物油，具有较好疏水和润滑性，在传统生土材料中得到了广泛应用。针对水泥固化土搅拌和易性和强度提升问题，系统地研究了桐油改性黏土的液塑限、固化土的经验粘附比和无侧限抗压强度的变化规律，开展了电子显微镜扫描（SEM）、压汞试验（MIP）和傅里叶红外光谱分析（FTIR）试验，探究了桐油对固化土搅拌和易性和强度提升的微观机理。结果表明，桐油可显著提高固化土的搅拌和易性，最优掺量约为干土质量的4.0%左右；对均匀搅拌的水泥固化土而言，掺入桐油后28d无侧限抗压强度可提升约三分之一。综合对搅拌和易性与强度的提升效果，桐油在黏土地层搅拌施工中具有良好的应用前景，成果可为理论研究和工程实践提供参考。

关键词：桐油固化土搅拌和易性无侧限抗压强度微观机理

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固化土电阻率变化规律与经验模型

岩石力学与工程学报 2014年第A02期33卷 4139-4144页

作者：章定文曹智国刘松玉东南大学交通学院江苏南京210096

电阻率法是一种有效的固化土质量评价与检测方法,且具有快捷、无损且可连续测试等优点。为了评价固化土电阻率发展规律与主要影响因素,进行水泥、高炉矿渣+石灰、粉煤灰+石灰3种固化剂加固黏性土的室内试验,分析固化土电阻率随固化剂掺... 详细信息

电阻率法是一种有效的固化土质量评价与检测方法,且具有快捷、无损且可连续测试等优点。为了评价固化土电阻率发展规律与主要影响因素,进行水泥、高炉矿渣+石灰、粉煤灰+石灰3种固化剂加固黏性土的室内试验,分析固化土电阻率随固化剂掺入量和养护龄期等的变化规律。试验结果表明,固化土电阻率随着固化剂掺入量的增加近似线性增加;随着养护龄期的增加,电阻率也随之增加,但其增长速率逐渐降低。提出一个能够描述固化剂掺入量、养护龄期、固化土孔隙率及饱和度等因素对固化土电阻率影响规律的综合参数,采用综合参数替代Archie电阻率模型中的孔隙率即可将Archie电阻率模型推广应用到固化土中。

关键词：土力学固化土电阻率综合参数修正的Archie电阻率模型

粗粒硫酸盐渍土区高速铁路水泥固化级配碎石变形特性

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交通运输工程学报 2023年第1期23卷 93-104页

作者：张莎莎刘亚超杨晓华李安洪陈伟志余泽龙赵彦虎长安大学公路学院陕西西安710064 中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031 利物浦约翰摩尔大学土木工程与建筑环境学院默西塞德利物浦L33AF

为了探究粗粒硫酸盐渍土区高速铁路路涵、桥梁等过渡段的水泥固化级配碎石在不同工况下的变形特征及其机理,基于固化路基填料的材料特点,采用0~2.5%含盐量的级配碎石,掺加不同种类及含量的水泥,开展常温下有(无)毛细水上升的变形特性试... 详细信息

为了探究粗粒硫酸盐渍土区高速铁路路涵、桥梁等过渡段的水泥固化级配碎石在不同工况下的变形特征及其机理,基于固化路基填料的材料特点,采用0~2.5%含盐量的级配碎石,掺加不同种类及含量的水泥,开展常温下有(无)毛细水上升的变形特性试验;针对固化路基段的基床,开展基础冻融循环模拟试验,同时结合XRD试验分析变形机理;在试验的基础上,选取典型试验材料,开展冻融循环工况下的路基-构筑物模拟试验。试验结果表明:在无毛细水上升工况中,普通水泥配制的含盐级配碎石试样产生的变形可达5%特种水泥掺配试样变形的4.2倍;在有毛细水上升工况中,普通水泥配制试样产生的变形最高可达5%特种水泥掺配试样变形的33.0倍;在不同含盐量条件下,3%~5%特种水泥固化级配碎石对相应普通水泥工况产生变形(毛细水上升导致)的最低抑制率为60%~80%;在6次基础冻融循环条件下,添加普通硅酸盐水泥试样产生的最终变形是添加特种水泥试样最终变形的16.0倍;路基-构筑物冻融循环模拟试验中特种水泥固化级配碎石的最大膨胀变形率仅为0.2%;在粗粒硫酸盐渍土地区,虽然水泥固化路基填料可以减少路基其他变形,但是对于高速铁路等对变形控制要求较严格的工程,周围介质中的盐分因素较难避免,普通水泥无法满足盐渍土地区的路基工程需求,需要采取特种水泥固化等工程措施。

关键词：高速铁路路基工程固化土硫酸盐渍土模拟试验

考虑3种因素影响的硫氧镁水泥固化土修正邓肯-张模型

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中南大学学报（自然科学版） 2020年第7期51卷 1989-2001页

作者：朱剑锋徐日庆罗战友饶春义浙江科技学院土木与建筑工程学院浙江杭州310023 浙江科技学院隧道与地下空间技术开发研究院浙江杭州310023 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江加州国际纳米技术研究院台州分院浙江台州318000 宁波大学土木与环境工程学院浙江宁波315211

为了研究初始含水量(w)、固化剂掺量(Wg)和龄期(T)对硫氧镁水泥固化土力学特性的影响规律,开展不同初始含水量、固化剂掺量和龄期下硫氧镁水泥固化土的不排水三轴试验,并根据试验结果建立邓肯-张模型参数K,c,φ与w,Wg,T关系的经验公式,... 详细信息

为了研究初始含水量(w)、固化剂掺量(Wg)和龄期(T)对硫氧镁水泥固化土力学特性的影响规律,开展不同初始含水量、固化剂掺量和龄期下硫氧镁水泥固化土的不排水三轴试验,并根据试验结果建立邓肯-张模型参数K,c,φ与w,Wg,T关系的经验公式,提出考虑初始含水量、固化剂掺量和龄期影响的硫氧镁水泥固化土的修正邓肯-张模型,通过算例分析验证修正模型的准确性。研究结果表明:硫氧镁水泥固化土的破坏形式主要分为侧向鼓胀破坏和斜向剪切破坏,应力-应变关系主要分为加工硬化型和软化型2种形式。随着初始含水量的减少、固化剂掺量的增大和龄期的增长,硫氧镁水泥固化土的强度和刚度(初始切线模量)显著提高,修正邓肯-张模型准确可靠。

关键词：硫氧镁水泥固化土初始含水量固化剂掺量龄期