固化滨海盐渍土的强度特性研究

论文摘要

盐渍土是含盐量超过一定数量的土，属于特殊土。工程利用以前，需进行改性固化处理。按地理位置，盐渍土可分为内陆盐渍土和滨海盐渍土；按含盐类型，盐渍土可分为硫酸盐渍土、碳酸盐渍土和氯盐渍土。滨海盐渍土主要为海相沉积所致，母质的含盐量很高，含盐类型为氯盐。渤海湾西岸沿海地区分布着大范围的滨海盐渍土，除具有盐胀性、溶陷性和腐蚀性等工程特性外，还有着强烈的吸湿特性，目前常用的石灰固化盐渍土易于吸湿软化，丧失部分强度，不能用于高等级公路的路堤填筑。渤海湾西岸的河北省和天津市为经济发达区，大量的道路工程建设和滩涂开发都需要对滨海盐渍土进行改性利用。滨海地区具有四季温度变化大、地下水位埋藏浅、土的粘粒含量高、毛细水上升高度大、降水量大且集中等自然条件，使得滨海盐渍土形成春季积盐、表层含盐量大、毛细作用强烈的特点。作为路堤填料使用，对盐渍土固化处理的核心要求是固化盐渍土应具有足够的强度，且应具有良好的水稳性和耐久性。采用石灰和高分子材料共同固化盐渍土，经室内试验、河北省沿海高速公路现场碾压试验、河北省沧州至黄骅港高速公路路床填筑的工程应用及现场检测结果证实，新方案固化的盐渍土达到了上述技术要求，同时还具有廉价、无污染和施工简便的特点，适宜工程推广使用。论文的主要研究内容及成果如下：1、调查总结了滨海盐渍土的成因、发育规律、赋存的地理及气候条件；含盐量的平面及空间分布规律；盐渍土的主要工程地质问题；比较了工程上常用的改性固化处理方法。2、完成了含盐量对盐渍土的物理与水理性质影响试验研究。提出了对盐渍土的物理性质、颗粒级配、稠度指标等产生明显影响的界限含盐量。3、完成了石灰、水泥、粉煤灰、SH固土剂不同配合比的固化试验。测试了各种固化盐渍土的无侧限抗压强度。研究了龄期、拌和用水、浸泡用水、压实度、含盐量等因素对无侧限抗压强度的影响规律。证实了1％SH固土剂和6％石灰的固化盐渍土具有良好的强度、水稳性和耐久性，可满足路堤填筑的质量要求。4、为研究高分子材料的固土机理，完成了高分子材料SH固土剂固化蒙脱土、高岭土、石英砂和盐渍土试样的实体显微镜和偏光显微镜观察、X射线衍射分析、红外光谱分析、扫描电子显微镜（SEM）观察。固化盐渍土的微结构形貌照片揭示，SH固土剂包裹了土颗粒，并在颗粒间和孔隙中形成了丝网状连接结构，提高了土的强度。养护三周的固化盐渍土浸水后，其丝网状结构依然存在，显示SH固土剂固化反应的不可逆性和良好的阻水性能。5、制备不同含盐量的石灰固化盐渍土试样，测试试样的物理性质指标、无侧限抗压强度、抗剪强度、固化盐渍土的微结构参数。结果表明，固化盐渍土的微结构参数与力学强度有一定的相关性。含盐量对固化盐渍土的物理性质指标、力学强度、微结构参数及分维数值均有影响。6、为验证室内研究结果在实际工程应用中的适宜性，在河北省丰南县沿海高速公路施工现场进行了石灰固化盐渍土、石灰+SH固土剂固化盐渍土作路堤填料的碾压试验，现场测试了碾压土的回弹弯沉值、回弹模量、CBR、压实度等指标。按相同固化材料及配合比，在室内进行了的固化盐渍土的无侧限抗压强度、抗剪强度、CBR及压缩试验。室内试验及现场检测试验结果均满足高速公路路堤的相关质量要求。7、针对滨海地区的特点，提出了盐渍土填筑于路堤不同部位的固化配合比及主要技术指标。8、在总结室内试验成果和现场碾压试验成果的基础上，在沧州至黄骅高速公路路堤填筑工程中进行了石灰+SH固土剂固化盐渍土的实际应用。分层填筑、分层检测了路堤土的回弹弯沉值、回弹模量、现场CBR、压实度、平整度等指标。检测结果证实，SH固土剂+石灰固化盐渍土可满足高速公路对路堤的技术指标要求。石灰+SH固土剂的固化方案技术合理、施工可行。文中提出应进一步研究固化盐渍土微结构指标变化规律、颗粒及胶结物微观尺度的纳米力学强度等问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题依据与研究意义
• 1.2.1 选题依据
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 国内外研究现状综述
• 1.4 盐渍土固化研究中主要的科学技术问题
• 1.4.1 盐渍土的成因
• 1.4.2 盐渍土的后期积盐过程
• 1.4.3 盐渍土中离子的结合次序
• 1.4.4 盐渍土工程勘察及评价要点
• 1.4.5 温度对盐渍土盐胀的影响
• 1.4.6 土的干密度与盐渍土的盐胀和溶陷
• 1.4.7 影响盐渍土盐胀和溶陷的综合因素
• 1.4.8 防止土发生盐渍化的工程措施
• 1.5 主要研究内容
• 1.5.1 主要研究内容及工作量
• 1.5.2 技术路线
• 1.5.3 关键技术问题和创新点
• 第二章 渤海湾西岸盐渍土的赋存环境
• 2.1 地形地貌
• 2.1.1 地形地貌
• 2.1.2 海岸线变迁
• 2.2 渤海湾西岸的气候条件
• 2.2.1 气温
• 2.2.2 降水
• 2.2.3 风
• 2.2.4 天津滨海地区
• 2.3 地层岩性
• 第三章 渤海湾西岸盐渍土的成因、分布及基本性质
• 3.1 滨海盐渍土的成因
• 3.2 滨海盐渍土的分类
• 3.2.1 滨海盐渍土的分类
• 3.2.2 滨海盐渍土的含盐量
• 3.2.3 含盐量变化与水分蒸发
• 3.3 沧黄高速公路沿线的地下水、地表水及毛细水
• 3.3.1 地下水
• 3.3.2 地表水
• 3.3.3 毛细水
• 3.4 沧黄高速公路沿线的盐渍土的含盐量
• 3.4.1 含盐量的垂直分布
• 3.4.2 含盐量的平面分布
• 3.5 含盐量对盐渍土物理性质指标的影响
• 3.5.1 盐渍土的基本物理性质
• 3.5.2 含盐量对盐渍土物理性质指标的影响
• 3.5.3 盐渍土的稠度指标随含盐量的变化
• 第四章 固化滨海盐渍土的强度及影响因素试验
• 4.1 盐渍土的改性固化方法
• 4.1.1 加固土的方法
• 4.1.2 加固土的反应过程
• 4.1.3 加固土的目的
• 4.1.4 盐渍土的改性与固化要求
• 4.2 固化盐渍土的样品制备
• 4.3 固化盐渍土的无侧限抗压强度试验
• 4.3.1 石灰固化盐渍土
• 4.3.2 水泥固化盐渍土
• 4.3.3 水泥+石灰固化盐渍土
• 4.3.4 SH固土剂+石灰固化盐渍土
• 4.3.5 SH固土剂+水泥+石灰固化盐渍土
• 4.3.6 石灰+粉煤灰固化盐渍土
• 4.3.7 SH固土剂+石灰+粉煤灰固化盐渍土
• 4.4 固化盐渍土抗压强度的影响因素
• 4.4.1 养护龄期对固化盐渍土抗压强度的影响
• 4.4.2 拌和用水对固化盐渍土抗压强度的影响
• 4.4.3 浸泡用水对固化盐渍土抗压强度的影响
• 4.4.4 含盐量对固化盐渍土的抗压强度影响
• 4.5 固化盐渍土的变形特征
• 4.6 固化盐渍土的长期强度
• 4.6.1 固化盐渍土的无侧限抗压强度
• 4.6.2 固化盐渍土的劈裂法抗拉强度
• 4.6.3 振动疲劳对固化盐渍土抗压强度的影响
• 4.7 含盐量对石灰固化盐渍土稠度和击实性能的影响
• 4.7.1 盐渍土洗盐与样品制备
• 4.7.2 固化盐渍土的物理及水理性质试验
• 4.8 含盐量对石灰固化盐渍土强度的影响
• 4.8.1 不同含盐量石灰固化盐渍土的无侧限抗压强度
• 4.8.2 不同养护龄期石灰固化盐渍土的无侧限抗压强度
• 4.9 固化盐渍土强度指标与微结构参数的相关性分析
• 4.9.1 分析模型
• 4.9.2 固化盐渍土强度指标与微结构参数的相关关系
• 4.10 含盐量对石灰固化盐渍土微结构参数的影响
• 4.10.1 土微结构参数的选取
• 4.10.2 固化盐渍土的颗粒级配与微结构参数测试分析
• 4.11 本章小结
• 第五章 滨海盐渍土的固化机理
• 5.1 土颗粒的物理化学特征
• 5.1.1 粘土矿物的基本结构形式
• 5.1.2 土颗粒的胶体表面物理化学性质
• 5.1.3 粘粒的团聚作用
• 5.1.4 水土作用的力学机理
• 5.2 固化盐渍土的微结构
• 5.2.1 固化盐渍土的微结构
• 5.2.2 土微结构研究的尺度与内容
• 5.3 滨海盐渍土的固化机理
• 5.3.1 石灰固化盐渍土机理
• 5.3.2 水泥固土机理
• 5.3.3 石灰粉煤灰固土机理
• 5.4 石灰+SH固土剂固化滨海盐渍土机理
• 5.4.1 SH固土剂及其应用
• 5.4.2 石灰+SH固土剂固化滨海盐渍土机理
• 5.4.3 SH固土剂与粘土矿物作用机理
• 第六章 固化盐渍土的现场碾压试验与高速公路路堤填筑
• 6.1 沿海高速公路现场碾压试验方案
• 6.2 碾压路堤试验段盐渍土的室内试验
• 6.2.1 含盐量与承载比测试
• 6.2.2 室内固化试验
• 6.3 沿海高速公路盐渍土路段的现场碾压试验
• 6.3.1 现场碾压试验
• 6.3.2 碾压效果和固化强度测试
• 6.3.3 碾压路堤的原位测试
• 6.4 利用 SH固土剂与石灰固化盐渍土填筑沧黄高速公路路堤试验
• 6.4.1 试验方案
• 6.4.2 现场施工碾压及检测
• 6.4.3 试验路堤填筑质量检测结果
• 6.5 固化盐渍土填筑高速公路路堤的几个问题
• 6.5.1 路堤填筑的影响因素
• 6.5.2 路堤不同部位的固化盐渍土配合比
• 6.5.3 施工要点及路堤结构形式
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 作者简介、读博期间的科研及发表论文
• 致谢