曹妃甸填海造陆区吹填土P-N固化试验与机理分析

摘要

填海造陆已成为缓解沿海地区土地资源紧张的有效途径，而吹填土造陆是填海造陆的主要方式。由于吹填土具有容重小、孔隙比大、含水量高、强度极低等特点，不能直接作为地基土使用，因此，采用化学固化剂对吹填土进行加固处理，以期提高吹填土强度，对填海造陆工程场地地基土处理具有重要的实践意义。
　　本文以河北省唐山市曹妃甸填海造陆区吹填土为研究对象，以聚丙烯酰胺（PAM）和水玻璃（Na2SiO3）为固化剂，设计P-N（PAM和水玻璃）固化方案。在颗粒分析、击实试验、易溶盐分析、地下水分析、XRF成分分析等测试得到吹填土理化性质的基础上，通过无侧限抗压强度试验、三轴剪切试验等，对固化前后吹填土的变形和强度进行了对比分析，结合正交试验，分析了PAM和水玻璃掺入比例、养护龄期等因素对固化效果的影响程度，确定了最优固化方案。借助模糊评价法，对PAM和水玻璃单掺、双掺的固化效果进行了综合评价。对比研究了固化前后吹填土微观结构变化，并揭示了吹填土固化机理。
　　研究表明：（1）曹妃甸填海造陆区吹填土为粉土，易溶盐以碱金属氯盐和硫酸盐为主，地下水水质偏碱性，其主要矿物成分为黏土矿物，属于碱性土。（2）单掺PAM固化吹填土的无侧限抗压强度、抗剪强度指标C、Φ均与PAM掺入比例和养护龄期呈正相关，随着PAM掺入比例和养护龄期的增加，三轴应力应变曲线从应变硬化型逐渐转化为应变软化型。（3）单掺水玻璃固化吹填土的无侧限抗压强度、抗剪强度指标C、Φ均与水玻璃掺入比例和养护龄期呈正相关，随着水玻璃掺入比例和养护龄期的增加，三轴应力应变曲线应变软化趋势不断增强，固化吹填土抗变形能力及强度均得到提高。（4）随着养护龄期的增长，P-N（PAM和水玻璃）双掺固化吹填土的无侧限抗压强度及C、Φ提高幅度越大，三轴应力应变曲线为应变软化型，抗剪强度和抗变形能力均得到提高。（5）根据模糊评价法对吹填土固化效果进行了综合评价，P-N（PAM和水玻璃）双掺好于单掺，单掺水玻璃好于单掺PAM。（6）养护龄期、固化剂掺入比例等对吹填土的固化效果影响程度由大到小分别为养护龄期>水玻璃掺入比例>PAM掺入比例；最优固化方案为PAM、水玻璃掺入比例分别为0.3%、4%、养护龄期28天。（7）固化前吹填土微观结构表现为松散、孔隙发育、孔径分布以超大孔和大孔为主，固化后吹填土微观结构表现为孔隙比和孔隙度减小、孔径则转变为以中孔及小孔为主、分维增大。养护龄期越长，固化吹填土的孔隙越少，孔径越小，分维越大。（8）PAM固化机理主要为絮凝作用、吸附作用及屏蔽作用，在颗粒间连接架桥形成网络结构，加强了吹填土颗粒胶结作用；水玻璃固化机理为黏土矿物与水玻璃间发生化学反应生成硅酸凝胶和硅酸钙凝胶颗粒，填充孔隙；P-N（PAM和水玻璃）固化的机理为PAM加强吹填土颗粒间凝聚力的同时，水玻璃能够与吹填土反应生成凝胶和沉淀填充孔隙。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 选题依据与意义(Basis and Significant of Topic)

1.2 国内外研究现状(Present Research Situation at Home and Abroad)

1.3 研究中存在的问题(Problems Existed in Present Research)

1.4 论文的主要研究内容及技术路线(Primary Research Objectives and Technical Route)

1.5 论文的主要成果(Major Fruits Achieved)

2 曹妃甸填海造陆区吹填土形成及理化性质

2.1 研究区吹填土的形成(Cause of Dredger Fill in Study Region )

2.2 曹妃甸填海造陆区吹填土基本性质测试(Basic Properties Test of Dredger Fill in Caofeidian Sea Reclamation Region )

2.3 小结(Summary)

3 曹妃甸填海造陆区吹填土P-N固化试验方案及内容

3.1 试样制备(Sample Preparation)

3.2 试验内容(Test Contents)

3.3 试验方案及评价参数选取(Test Schemes and Evaluation Pramater Selection)

3.4 小结(Summary)

4 曹妃甸填海造陆区吹填土P-N固化试验结果与分析

4.1 单掺PAM固化吹填土无侧限抗压强度结果与分析(Result and Analysis of Unconfined Compressive Strength of Solidified Dredger Fill with Single Doped PAM)

4.2 单掺PAM固化吹填土三轴试验结果与分析(Result and Analysis of Triaxial Test of Solidified Dredger Fill with Single Doped PAM)

4.3 单掺水玻璃固化吹填土无侧限抗压强度结果与分析(Result and Analysis of Unconfined Compressive Strength of Solidified Dredger Fill with Single Doped Water Glass)

4.4 单掺水玻璃固化吹填土三轴试验结果与分析(Result and Analysis of Triaxial Test of Solidified Dredger Fill with Single Doped Water Glass)

4.5 P-N双掺对比无侧限抗压强度结果与分析(Result Comparison and Analysis of Unconfined Compressive Strength of Solidified Dredger Fill with Double Mixed P-N)

4.6 P-N双掺对比三轴试验结果与分析(Result Comparison and Analysis of Triaxial Test of Solidified Dredger Fill with Double Mixed P-N)

4.7正交试验结果与分析(Result and Analysis of Orthogonal Test)

4.8 吹填土 P-N 固化效果综合评价(Comprehensive Evaluation of P-N Solidification Effect on Dredger Fill )

4.9 小结(Summary)

5 曹妃甸填海造陆区P-N固化吹填土微观结构特征及固化机理分析

5.2 P-N 固化吹填土微观结构分析(Analysis of Microstructure of P-N Solidified Dredger Fill)

5.3 吹填土P-N固化机理分析(P-N Solidification Mechanism of Dredger Fill)

5.4 小结(Summary)

6 结论与建议

6.1 结论(Conclusions)

6.2 建议(Proposals)

参考文献

作者简历

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