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固化疏浚淤泥—磷石膏混合土工程性质及膨胀特性研究

作　者: 张庆
导　师: 程赫明
学　校: 昆明理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 疏浚淤泥磷石膏固化无侧限抗压强度压缩性直剪渗透性重塑性膨胀性
分类号: TU449
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

固化疏浚淤泥-磷石膏混合土是以疏浚淤泥/磷石膏混合物为基质土,通过添加水泥(石灰)将基质土固化为填土材料的一项新技术,以期实现疏浚淤泥、磷石膏两种废弃物的资源化利用。作为一项新型的废弃物资源化处理技术,需要对固化混合土的工程性质进行系统研究,以发展和完善混合料固化处理技术。本文通过无侧限抗压强度试验、直剪试验、固结试验、渗透试验、线性膨胀率检测等一系列室内试验,主要研究了基质土中疏浚淤泥/磷石膏的合理混合比、疏浚淤泥初始含水率、养护龄期、不同固化剂及其掺量等不同因素对固化混合土工程性质的影响；探讨了固化土重塑土工程性质、重塑时机、及其强度折减、恢复机理；初步揭示了膨胀性变化规律及其对固化混合土固化效果的影响,并对固化混合土的膨胀机理进行了分析。固化混合土工程性质研究：(1)影响固化混合土的强度、压缩特性、含水率以及渗透系数的主要因素有：基质土中疏浚淤泥磷石膏混合比、疏浚淤泥初始含水率、养护龄期、固化剂及其掺量。在此基础上提出了固化混合土强度变化与磷石膏掺量的关系模型,该模型把强度随磷石膏掺量的变化分为三个阶段：强度增长阶段；强度降低阶段；强度稳定阶段。(2)相比单一疏浚淤泥固化,固化混合土具有更好的固化效果,可以节省固化剂的掺量；其破坏应变大于单一固化淤泥土,具有较好的韧性和工程适用性。(3)固化疏浚淤泥磷石膏混合土技术是可行的,可以实现同时大量消纳疏浚淤泥、磷石膏两种固体废弃物,且固化成本不高。固化土的重塑特性研究：(1)固化淤泥土、固化混合土的重塑土重塑时强度会发生显著的折减,养护后强度会得到一定程度的恢复。重塑时机是影响强度折减、恢复的最重要因素,其它影响因素还有基质土疏浚淤泥与磷石膏配比、固化剂及其掺量、重塑后养护龄期等。(2)从机理上看,重塑土强度折减主要由于破碎过程对粘聚力的破坏,强度恢复则来源于粘聚力和内摩擦角的增长。固化淤泥重塑土的强度恢复是颗粒摩擦咬合力的增加、凝胶的修复两者共同作用的结果,重塑时机是影响重塑后凝胶修复作用大小的重要因素；而固化混合土重塑土的强度恢复是颗粒摩擦咬合力的增加、凝胶的修复以及胀损三者协同作用的结果,重塑时机是影响三者协调性的重要因素。(3)相比原固化混合土,其重塑土具有更好的压缩特性、更小的渗透系数。(4)重塑土具有较好的工程性质,采用固化土的重塑土作为土方填料是可行的,并分别探讨了固化淤泥土以及固化混合土的最佳重塑时机。固化混合土的膨胀特性研究：(1)固化混合土基本上都具有一定的膨胀性,整体来看膨胀性提高了固化混合土的密实度,对固化混合土是有益的。实验结果表明,线性膨胀率与疏浚淤泥初始含水率、固化剂掺量、疏浚淤泥与磷石膏的配比,养护时间等因素有关,并给出了线性膨胀率随各因素变化规律。(2)机理分析发现,固化混合土水分转化分为三步,水分转化对固化混合土自生体积稳定性,强度影响较大；固化混合土的宏观体积是收缩和膨胀共同作用的结果,宏观强度是膨胀损伤和凝胶修复共同作用的结果。(3)提出了对固化混合土膨胀性设定判断标准,根据前人标准判断,固化混合土的膨胀程度基本上属于微膨胀或中度膨胀,具有较好的工程适用性。

全文目录

前言  6-8
摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
目录  12-15
图索引  15-18
表索引  18-20
符号说明  20-22
第一章绪论  22-48
  1.1 研究背景及意义  22-29
    1.1.1 国内疏浚淤泥和磷石膏废弃物的处理形势  22-25
    1.1.2 疏浚淤泥和磷石膏废弃物的地区特殊性分析  25-29
  1.2 国内外研究现状  29-46
    1.2.1 疏浚淤泥常用处置技术及其应用现状研究  29-38
    1.2.2 磷石膏常用处置技术及其应用现状研究  38-42
    1.2.3 疏浚淤泥与磷石膏混合固化技术提出  42-46
  1.3 本文主要研究内容和技术路线  46-48
    1.3.1 本文主要研究内容  46-47
    1.3.2 本文主要研究技术路线  47-48
第二章试验材料与方法  48-58
  2.1 试验材料  48-51
    2.1.1 疏浚淤泥  49-50
    2.1.2 磷石膏  50-51
    2.1.3 混合土固化化添加剂  51
  2.2 试验方案  51-53
    2.2.1 固化混合土的工程性质研究试验方案  51-52
    2.2.2 固化土的重塑特性研究试验方案  52-53
    2.2.3 固化混合土的膨胀性及其机理研究试验方案  53
  2.3 试样制备  53-55
  2.4 试验项目  55-58
第三章固化混合土的工程性质研究  58-92
  3.1 固化混合土的强度分析  58-74
    3.1.1 磷石膏掺量对固化混合土无侧限抗压强度的影响  58-62
    3.1.2 磷石膏掺量对固化混合土应力-应变关系的影响  62-65
    3.1.3 磷石膏掺量对固化混合土抗剪强度的影响  65-68
    3.1.4 不同固化剂对固化混合土强度的影响  68-72
    3.1.5 固化混合土强度形成机理初探  72-74
  3.2 固化疏浚淤泥-磷石膏混合土的压缩特性分析  74-81
    3.2.1 磷石膏掺量对固化混合土压缩特性的影响  74-79
    3.2.2 不同固化剂对固化混合土压缩特性的影响  79-81
  3.3 固化混合土的含水率变化分析  81-86
    3.3.1 磷石膏掺量对固化混合土含水率的影响  81-84
    3.3.2 不同固化剂对固化混合土含水率的影响  84-86
  3.4 固化混合土的渗透性  86-88
    3.4.1 磷石膏掺量对固化混合土的渗透性的影响  86-87
    3.4.2 不同固化剂对固化混合土的渗透性的影响  87-88
  3.5 磷石膏-疏浚淤泥最佳混合比探讨  88-89
  3.6 固化成本分析  89-90
  3.7 本章小结  90-92
第四章固化土的重塑土强度折减恢复机理及其工程特性分析  92-126
  4.1 固化土的重塑性研究  92-93
  4.2 固化淤泥重塑土的重塑性研究  93-100
    4.2.1 固化淤泥土重塑时机不同引起的强度折减规律  93-95
    4.2.2 固化淤泥重塑土重塑后的强度恢复规律  95-97
    4.2.3 固化淤泥重塑土强度折减恢复机理分析  97-99
    4.2.4 固化淤泥重塑土的最优重塑时机探讨  99-100
  4.3 不同磷石膏掺量下固化混合土重塑土的重塑性研究  100-115
    4.3.1 固化混合土重塑时机不同引起的强度折减  100-103
    4.3.2 固化混合土重塑土重塑后的强度恢复规律  103-109
    4.3.3 固化混合土重塑土强度折减恢复机理分析  109-115
  4.4 固化混合土重塑土的其它工程性质  115-123
    4.4.1 固化混合土重塑土的压缩特性  115-120
    4.4.2 固化混合土重塑土的渗透性  120-122
    4.4.3 固化混合土重塑土的最优重塑时机探讨  122-123
  4.5 本章小结  123-126
第五章固化混合土膨胀特性及其机理分析  126-146
  5.1 固化混合土的膨胀性  126-131
    5.1.1 疏浚淤泥初始含水率对固化混合土膨胀性的影响  126-129
    5.1.2 固化剂掺量对固化混合土膨胀性的影响  129-131
  5.2 膨胀性对固化混合土工程性质的影响及其作用机理  131-143
    5.2.1 固化混合土水分转化过程分析  131-133
    5.2.2 水分转化对固化混合土自生体积稳定性的影响  133-135
    5.2.3 膨胀性对固化混合土无侧限抗压强度的影响  135-137
    5.2.4 固化混合土的机理分析  137-143
  5.3 固化混合土膨胀性评价  143-144
  5.4 本章小结  144-146
第六章结论与展望  146-150
  6.1 结论  146-148
  6.2 本文主要创新点  148
  6.3 展望  148-150
参考文献  150-158
致谢  158-160
附录A (攻读博士学位期间发表的论文)  160-162
附录B (攻读博士学位期间参加的科研工作)  162

固化疏浚淤泥—磷石膏混合土工程性质及膨胀特性研究

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