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大连湾海底疏浚泥水泥固化土力学性状试验研究

发布时间:2020-03-22 08:18
【摘要】:随着国家对海洋生态环境保护的高度重视,进一步提高海洋疏浚泥的资源化利用成为未来发展的必然趋势。大连湾跨海交通工程项目拟采用水泥固化疏浚泥的方式浇筑人工岛——这种工法在国内是首次应用,该法不仅解决了疏浚淤泥的处置难题,同时解决了人工岛填筑的材料来源问题,为疏浚泥大规模资源化利用提供了有效的技术方法。大连湾工程中固化施工工艺要求淤泥和淤泥-水泥混合土具有一定的流动性,固化后还需要满足强度、变形、渗透性的要求。本文根据大连湾工程实际需要,对不同黏土含水率、水泥掺量和龄期时的淤泥水泥固化土强度、压缩、渗透性等力学性状进行综合研究,同时考虑盐分对固化土力学性状的影响,不仅为大连湾工程中材料配方和施工工艺的选用以及现场试验提供理论基础与设计依据,而且对进一步开展海相淤泥水泥固化土理论研究具有重要意义。主要研究工作和成果如下:(1)通过无侧限抗压强度试验,分析了黏土含水率、水泥掺量、龄期和盐分对淤泥水泥固化土应力应变曲线及无侧限抗压强度的影响规律,得到强度随龄期变化的归一化表达式,并对水泥固化土强度采用不同参数进行评价,得出采用有效孔隙比e_(st)评价高含水率范围、强度变化很大时的水泥固化土强度表现出良好的效果,提出了任意龄期下的强度预测公式,并探讨了割线模量E_(50)与无侧限抗压强度q_u的关系。(2)采用低应力起始固结仪对淤泥水泥固化土和淤泥重塑土进行一维固结压缩试验,分析了黏土含水率、水泥掺量、龄期和盐分对淤泥水泥固化土压缩曲线、压缩指数和固结屈服应力的影响规律,对固结屈服应力与强度的关系进行了探讨;采用1 kPa时对应孔隙比e_1作为参数对淤泥水泥固化土屈服后压缩曲线进行归一化,并得出了屈服后压缩曲线归一化表达式。(3)对不同固结应力下的淤泥水泥固化土和淤泥重塑土进行变水头渗透试验,分析了黏土含水率、水泥掺量、龄期和盐分对淤泥水泥固化土e-logk渗透曲线的影响规律,并且与重塑土渗透性状进行对比,得出淤泥水泥固化土e-logk线性关系适用于更大的应变和孔隙比范围,且具有更小的渗透指数。
【图文】:

平面图,跨海交通,大连湾,后海


图 1-2 大连湾跨海交通工程调整后海域平面图究现状泥水泥固化土在工程中使用时需要满足相应的力学性状要求,,主要包括强透性状三个方面。对于淤泥水泥固化土力学性状,学者们已经进行了广泛的淤泥水泥固化土强度性状研究现状固化机理土的微观结构由黏土颗粒聚合体、聚合体内孔隙和聚合体间孔隙组成[15, 16至土中后,水泥首先与水快速发生水化反应,生成的主要产物为水化Hx、C3S2Hx)、水化铝酸钙(C3AHx,C4AHx)和氢氧化钙(Ca(OH)2),前两状主要附在黏土颗粒聚合体上逐渐结晶硬化并与相邻的水泥颗粒胶结在土骨架[17]。同时,水泥水化反应会引起孔隙水 pH 值的升高进而促进 Ca2+的溶解使得黏土颗粒进一步发生凝聚和絮凝形成大尺寸的聚合体。黏土颗粒物 SiO2和 Al2O3在达到一定碱性环境后开始溶解并与水化反应生成的 C

示意图,水泥固化土,含水量,黏土


比伊利石更快更容易的发生火山灰反应[21, 22]。水泥的类型则会对固化土的强度有着直接的影响。Flores 等[23]发现矿渣水泥早期强度增长比普通硅酸盐水泥更慢,而长期强度会更高。对于给定水泥掺量和龄期的水泥固化黏土,强度一般随着黏土含水率的增加而减小[24-26]。Lorenzo 等[24]在研究给定水泥掺量和龄期时的曼谷固化软土强度发现:黏土含水率小于液限时的固化土强度却低于黏土液限含水率时的固化土强度。Bergado 等[27]认为黏土含水率较低会引起黏土-水泥混合时出现不饱和状态,混合土中的空气会阻碍水泥水化反应和胶结产物的分散造成水泥不能充分反应或反应不均匀进而影响强度的增加(见图 1-3c);对于给定的水泥掺量则存在一个最优黏土含水率使得强度达到最大(见图 1-3b),工程中建议采用 1.0~1.1 倍液限含水率时的黏土与水泥进行混合达到最经济的效果;当黏土含水率过高时,黏土颗粒间充满过多的水使得彼此距离变远、静电引力丧失,黏土颗粒被胶结产物黏结在一起的数量减少使得固化土强度非常低(如图 1-3a)。Zhang 等[28]通过固定水泥掺量和龄期,对不同黏土含水率的水泥固化土进行归一化研究,得出强度与含水率的关系成指数型变化。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TU447

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9 洪

本文编号:2594782


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