王宏偉，王東星, 2，賀揚

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MgO改性淤泥固化土壓縮特性試驗

王宏偉1，王東星1, 2，賀揚1

(1. 武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，巖土與結(jié)構(gòu)工程安全湖北省重點實驗室，湖北武漢，430072；2. 中國礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點實驗室，江蘇徐州，221008)

將低碳、環(huán)保的活性MgO引入淤泥固化處理，通過一維壓縮固結(jié)試驗開展系列探索性研究。對不同MgO摻量和不同養(yǎng)護(hù)齡期的淤泥固化土進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：入摻活性MgO對淤泥固化土的壓縮特性具有明顯改良作用。隨著MgO摻量和養(yǎng)護(hù)齡期增加，淤泥固化土壓縮性呈逐漸減小趨勢，而固結(jié)屈服應(yīng)力逐漸增大；對于所研究淤泥，當(dāng)MgO摻量為6%時，淤泥壓縮性發(fā)生突變，由高壓縮性土體演變?yōu)榈蛪嚎s性土體。從壓縮模量角度研究固化淤泥壓縮性狀，發(fā)現(xiàn)壓縮模量隨應(yīng)力演化過程受MgO摻量等因素影響；當(dāng)MgO摻量達(dá)到6%左右時，模量?應(yīng)力關(guān)系曲線出現(xiàn)明顯峰值現(xiàn)象；這種現(xiàn)象與土體結(jié)構(gòu)性的形成密切相關(guān)，且該發(fā)現(xiàn)與淤泥壓縮性分析結(jié)果相吻合；峰值模量與壓縮指數(shù)變化趨勢大致服從冪函數(shù)關(guān)系模型。

活性MgO；固化淤泥；壓縮特性；壓縮模量；屈服應(yīng)力

目前，在我國河道、湖泊等疏浚工程及港口建設(shè)過程中都會產(chǎn)生大量疏浚淤泥，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，廣州市河道淤泥年均清出量有100萬m3，武漢市東湖通道工程淤泥總處理量達(dá)82.5萬m2，江蘇太湖生態(tài)清淤工程5年共清理淤泥3 541萬m3。因此，如何采取合理、有效、環(huán)保的方法處理如此大量的廢棄淤泥已成為環(huán)保工程重要問題。傳統(tǒng)海洋傾倒、陸地吹填等處理方法存在污染環(huán)境、耗時長、成本高等系列問題。采用固化穩(wěn)定化技術(shù)，可有效實現(xiàn)淤泥資源化利用，不但具有成本低、效率高、污染小等優(yōu)點，而且固化后淤泥土可作為工程用土循環(huán)利用，且已受到國內(nèi)外眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注[1?3]。固化穩(wěn)定化技術(shù)被美國國家環(huán)?？偩执_認(rèn)為可有效處理57種有害廢棄物的最佳處理技術(shù)[4]。將廢棄淤泥進(jìn)行固化處理作為工程建筑材料，既符合當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展理念，又可解決工程用土需求、淤泥堆積占地污染等環(huán)境問題。國內(nèi)外許多學(xué)者對淤泥固化處理技術(shù)開展了系統(tǒng)深入的研究，取得了系列研究成果。黃英豪等[5]研究了初始含水率、水泥添加量和養(yǎng)護(hù)齡期等因素對水泥固化淤泥壓縮特性的影響。丁建文等[6]通過壓縮試驗，研究了高含水率疏浚淤泥固化土的壓縮性狀，探討了固化劑摻量、初始含水率和養(yǎng)護(hù)齡期等對固化土壓縮變形特性和結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力的影響。丁建文等[7]利用水泥?磷石膏雙摻固化處理高含水率淤泥，研究了磷石膏摻量、養(yǎng)護(hù)齡期和初始含水率對固化淤泥土壓縮變形特性的影響。魏明俐等[8]利用壓縮試驗對不同水泥摻量、不同鋅離子濃度的水泥固化污染土壓縮特性開展研究，探索了水泥固化鋅污染土的固結(jié)屈服應(yīng)力和壓縮指數(shù)的變化。RAO等[9]從顆粒黏結(jié)強度形成的角度，分析了石灰固化黏土的壓縮特性，發(fā)現(xiàn)入摻石灰可使固化黏土屈服強度達(dá)到3.9~5.2 MPa。MOGHAL等[10]研究了快速加載方式對石灰固化土壓縮性的影響，觀察到石灰摻入對土體壓縮性具有顯著影響，且最終孔隙比隨著荷載持時的延長而增加。分析上述文獻(xiàn)可發(fā)現(xiàn)：前人研究主要利用石灰、水泥和粉煤灰等傳統(tǒng)固化材料，進(jìn)行粉土和黏土等不同類型土體的壓縮性改良，而利用活性MgO等新興綠色材料改良淤泥性能等方面的研究則明顯較少。相比水泥等傳統(tǒng)固化材料，活性MgO具有以下優(yōu)點：活性MgO的生產(chǎn)溫度通常低于900 ℃(約700 ℃)，遠(yuǎn)低于硅酸鹽水泥的生產(chǎn)溫度(約1 450 ℃)，可有效減少能源消耗、減少CO2排放和降低環(huán)境污染[11?12]。因此，研究更加低碳、節(jié)能、環(huán)保的新型固化劑替代或部分替代硅酸鹽水泥，是可持續(xù)發(fā)展理念下的環(huán)境巖土工程研究熱點。近幾年，活性氧化鎂作為一種相對環(huán)保、低碳材料，開始受到國內(nèi)外研究人員的逐漸關(guān)注。劉松玉等[13?14]將MgO用于加固粉土和黏土等地基土體，取得了豐富的研究成果。然而，整體上國內(nèi)相關(guān)研究尚處于起步階段，尤其將活性MgO用于淤泥性質(zhì)改良，目前尚未發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究數(shù)據(jù)和報道。本文作者采用高活性MgO作為固化材料，開展MgO改性淤泥固化土壓縮試驗研究，結(jié)合MgO遇水反應(yīng)微觀機理，分析MgO摻量和養(yǎng)護(hù)齡期等因素影響下淤泥固化土的壓縮特性，探索屈服應(yīng)力、屈服前后壓縮指數(shù)等參數(shù)的變化規(guī)律，嘗試從壓縮模量角度分析MgO固化淤泥土的壓縮行為，揭示新興固化劑MgO改良淤泥壓縮特性的內(nèi)在機制。

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗所用淤泥取自武漢東湖通道穿湖隧道淤泥疏浚工程，臨時堆積于湖內(nèi)場地且經(jīng)過長時間天然晾曬而導(dǎo)致淤泥初始含水率較低。由于其本身物質(zhì)組成等方面特殊性，為區(qū)別于一般土體，本文仍應(yīng)稱之為淤泥。將取回的土樣烘干、粉碎并過篩，以去除土中雜質(zhì)并確保所研究試樣顆粒粒度均勻。所研究淤泥的基本物理性質(zhì)如表1所示，顆粒級配曲線如圖1所示。試驗結(jié)果表明：淤泥初始含水率為40%，遠(yuǎn)低于液限；黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%，粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%；淤泥液限(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為54.9%，塑性指數(shù)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為24.9%；比重為2.66；試樣最優(yōu)含水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為24.4%，最大干密度為1.543 g/cm3。根據(jù)土的分類標(biāo)準(zhǔn)，該土屬于高液限粉土(MH)。

所用活性MgO購買自某鎂業(yè)有限公司，MgO純度達(dá)97%以上，吸碘值為110，屬于高活性氧化鎂?；钚訫gO和含水淤泥一起均勻拌合，部分水分吸附在MgO表面并擴散至多孔MgO顆粒的內(nèi)部，與MgO發(fā)生水化反應(yīng)生成Mg(OH)2(式(1))，Mg(OH)2具有弱黏結(jié)性，飽和沉淀后引起土顆粒發(fā)生團(tuán)聚等現(xiàn)象，且水解后生成的Mg2+會與黏土顆粒中的低價陽離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，導(dǎo)致土顆粒發(fā)生凝聚反應(yīng)形成土團(tuán)等整體，從而使強度有所提高。此外，MgO材料中還含有少量CaO，SiO2和Al2O3等雜質(zhì)，它們能夠與土體孔隙水發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成水化硅酸鈣(CSH)和水化鋁酸鈣(CAH)等膠體，從而填充和凝聚土顆粒，對土體強度的提高起輔助作用[15]。

表1 試驗用土基本物理特性

注：1) 土粒比重指土顆粒的質(zhì)量與4℃蒸餾水質(zhì)量的 比值。

圖1 東湖淤泥顆粒級配曲線

1.2 試驗方法

實驗開始前，應(yīng)先將現(xiàn)場取回淤泥經(jīng)晾曬、烘干，之后用橡皮錘粉碎后過孔徑為2 mm篩，將過篩試樣與水均勻混合至40%含水率，在塑料袋中密封放置用于后續(xù)制樣。結(jié)合已有研究，將活性MgO摻量分別設(shè)計為0，3%，6%和9%，摻量定義為MgO干粉質(zhì)量與淤泥干土質(zhì)量之比。詳細(xì)混合料配比如表2所示。

試驗過程中，稱取一定量濕土后，將MgO與濕土均勻拌合，養(yǎng)護(hù)10 min，制備MgO淤泥混合料所需壓縮試驗試樣，共需制備24個試樣。根據(jù)JTGE40—2007“公路土工試驗規(guī)程”[16]，壓縮固結(jié)試驗用環(huán)刀(規(guī)格為61.8 mm×20 mm)采用 “擊樣法”制樣，將制備好試樣用塑料保鮮膜包裹密封，編號、記錄和稱量后立即放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)至設(shè)計齡期。養(yǎng)護(hù)齡期為7，14和28 d，養(yǎng)護(hù)條件為恒溫恒濕，即溫度為(20±1)℃，濕度為98%±1%。值得注意的是，每組試樣須制備2個平行試樣，取其平均值作為代表性結(jié)果。由于試驗研究的MgO改性固化土設(shè)定的齡期為7，14和28 d，采用常規(guī)固結(jié)方法加載周期太長將導(dǎo)致實際齡期與設(shè)定齡期不符合。為避免試驗過程中加載時間過長引起試樣性質(zhì)發(fā)生劇變，研究將采用JTG E40—2007“公路土工試驗規(guī)程”[16]中的快速固結(jié)試驗方法，即每級荷載作用時間為1 h，該方法已被部分研究人員[16?17]所采用。試驗采用YS系列高壓固結(jié)儀，加載等級為12.5，25，50，100，200，400，800，1 600和3 200 kPa共9個荷載水平。

表2 試驗方案

2 結(jié)果及分析

2.1 淤泥固化土壓縮特性概述

由于每組試驗2個平行樣的壓縮試驗結(jié)果非常一致，為了清晰地展示MgO淤泥固化土孔隙比隨豎向固結(jié)壓力變化的關(guān)系，每組試樣僅繪制其中1條試樣壓縮曲線作為代表曲線。各組試樣初始孔隙比見表3。

表3 不同MgO摻量和養(yǎng)護(hù)齡期下淤泥試樣初始孔隙比e0

經(jīng)分析可知：隨著MgO摻量的增加，淤泥固化土的初始孔隙比呈逐漸減小的趨勢，但養(yǎng)護(hù)齡期對初始孔隙比影響并不大，未發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律。圖2所示為不同養(yǎng)護(hù)齡期時，不同MgO摻量下淤泥固化土的圧縮曲線。養(yǎng)護(hù)齡期和MgO摻量的變化，引起試樣初始孔隙比不斷改變，進(jìn)而引起各壓縮曲線位置和性狀的演化。

壓縮系數(shù)是表征土的壓縮性常用的指標(biāo)之一，通常采用100~200 kPa壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)1-2表示土的壓縮性[18]。圖3所示為1-2隨MgO摻量、養(yǎng)護(hù)齡期等因素的變化過程。經(jīng)分析可發(fā)現(xiàn)：未固化淤泥土的壓縮系數(shù)1-2＞0.5 MPa?1，屬于高壓縮性土；摻入3%活性MgO改性淤泥土壓縮系數(shù)明顯減小至0.25左右。當(dāng)MgO摻量達(dá)到6%時，淤泥固化土演變?yōu)榈蛪嚎s性土，這充分表明高活性MgO對固化淤泥壓縮特性具有明顯改良作用。由圖3可知：同一養(yǎng)護(hù)齡期下壓縮系數(shù)隨MgO摻量的增加而逐漸減小，并趨于一個穩(wěn)定值；其關(guān)系曲線存在1個明顯拐點，此時對應(yīng)MgO摻量為6%。在相同MgO摻量下，改性淤泥固化土的壓縮系數(shù)隨養(yǎng)護(hù)齡期增加略有減小，但差別不大，這說明養(yǎng)護(hù)齡期對淤泥固化土壓縮系數(shù)的影響不大。

養(yǎng)護(hù)齡期/d：(a) 7；(b) 14；(c) 28

MgO摻量/%：1—0；2—3；3—6；4—9。

圖2 MgO固化淤泥土壓縮曲線

Fig. 2 Compression curves of MgO-solidified sludge

(a) 壓縮系數(shù)隨MgO摻量變化曲線；(b) 壓縮系數(shù)隨養(yǎng)護(hù)齡期變化曲線

養(yǎng)護(hù)齡期/d：1—7；2—14；3—28

MgO摻量/%：4—0；5—3；6—6；7—9。

圖3 壓縮系數(shù)隨MgO摻量和養(yǎng)護(hù)齡期變化曲線

Fig. 3 Variation of compression coefficient with MgO content and curing times

2.2 MgO摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對壓縮指數(shù)和屈服應(yīng)力影響

綜合上述分析可知：活性MgO摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對淤泥固化土壓縮性質(zhì)起著重要作用。本研究采用BUTTERFIELD[19]提出的雙對數(shù)法(ln(1+)?lg)，以確定淤泥固化土的屈服應(yīng)力。圖4所示為不同養(yǎng)護(hù)齡期對應(yīng)不同MgO摻量下固化淤泥的雙對數(shù)壓縮曲線。從圖4可發(fā)現(xiàn)：添加MgO后淤泥固化土的壓縮曲線有逐漸向右平移的趨勢，初始孔隙比減少導(dǎo)致壓縮曲線位置逐漸下降；屈服前的壓縮曲線較為平緩，而屈服后圧縮曲線由于化學(xué)膠結(jié)形成的結(jié)構(gòu)性遭到破壞而發(fā)生陡降現(xiàn)象。

圖5所示為不同MgO摻量下淤泥固化土的固結(jié)屈服應(yīng)力和壓縮指數(shù)隨MgO摻量變化曲線。箭頭指示該曲線對應(yīng)的豎向坐標(biāo)軸。在?lg坐標(biāo)系中，將屈服前和屈服后直線段斜率定義為屈服前后的壓縮指數(shù)，分別用s和c表示。經(jīng)分析可知：淤泥固化土固結(jié)屈服應(yīng)力隨MgO摻量的增加而逐漸增大，即MgO摻量越高，淤泥固化后的屈服強度也越高。值得注意的是，當(dāng)MgO摻量為0%時，未固化淤泥表現(xiàn)出似屈服特性，這主要由制樣時原料含水狀態(tài)和壓實功誘發(fā)顆粒擠密而導(dǎo)致，并非由于顆粒間黏結(jié)效應(yīng)引起的。這就是說，對于MgO固化淤泥土，計算所得屈服應(yīng)力除受MgO摻量和養(yǎng)護(hù)齡期等因素誘發(fā)顆粒間化學(xué)膠結(jié)作用之外，還受到試樣含水狀態(tài)和壓實功等其他因素所影響。

養(yǎng)護(hù)齡期/d：(a) 7；(b) 14；(c) 28

養(yǎng)護(hù)齡期/d：(a) 7；(b) 14；(c) 28

總體而言，不同配比、不同齡期影響下淤泥固化土的s均較小，且隨著MgO摻量增加s呈逐漸減小的趨勢。未固化淤泥的s為0.071，而3%MgO摻量對應(yīng)s為0.03，約為前者的50%，這說明高活性MgO的摻入使得固化淤泥未屈服階段的壓縮性顯著減小。然而，隨著應(yīng)力水平增加，固化土體發(fā)生屈服破壞，試樣壓縮性發(fā)生突變。每種配比在不同齡期下的c較之s都明顯增大，且隨著MgO摻量的增加c整體上呈現(xiàn)逐漸減小趨勢。

活性MgO改性淤泥固化土內(nèi)在機理，主要是由MgO與淤泥中自由水發(fā)生系列物理化學(xué)反應(yīng)，而這種反應(yīng)與時間因素有關(guān)。這就是說，養(yǎng)護(hù)時間對MgO固化淤泥土的強度起著至關(guān)重要的作用。圖6所示為不同MgO摻量時，不同養(yǎng)護(hù)齡期對應(yīng)固化淤泥土的雙對數(shù)壓縮曲線；圖7所示為不同MgO摻量時，不同養(yǎng)護(hù)齡期下對應(yīng)固結(jié)屈服應(yīng)力和壓縮指數(shù)的變化曲線。由圖6和圖7可知：養(yǎng)護(hù)齡期變化對屈服前淤泥固化土的壓縮性s影響不大，但屈服后養(yǎng)護(hù)齡期較長的固化淤泥壓縮曲線位于偏右上方。曲線位置的變化將直接導(dǎo)致固結(jié)屈服應(yīng)力發(fā)生變化。經(jīng)分析可知：MgO改性淤泥固化土的固結(jié)屈服應(yīng)力隨養(yǎng)護(hù)齡期的增加而不斷增大，即養(yǎng)護(hù)齡期越大，高活性MgO固化淤泥的屈服強度也越高。不同養(yǎng)護(hù)齡期對應(yīng)的s變化范圍很小，且明顯小于c，而c隨養(yǎng)護(hù)齡期變化同樣也不大。

MgO摻量/%：(a) 3；(b) 6；(c) 9

2.3 壓縮模量的應(yīng)力依賴性探討

壓縮模量s是評價土體壓縮特性的重要指標(biāo)，為土在完全側(cè)限條件下豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)應(yīng)變增量的比值。本文嘗試從壓縮模量角度分析淤泥固化土壓縮特性，試圖開展初步探索。圖8所示為MgO固化淤泥土在7，14和28 d時壓縮模量隨荷載變化關(guān)系曲線。經(jīng)分析可知：MgO摻量為6%和9%時，固化淤泥土壓縮模量與荷載變化曲線在7，14和28 d不同養(yǎng)護(hù)齡期時均表現(xiàn)出明顯的“峰值”現(xiàn)象。文中將該峰值定義為“峰值模量”，用sp表示(圖8(d))，則s?曲線相應(yīng)地被分為2個階段，即峰值前上升階段和峰值后下降階段。

MgO摻量/%：(a) 3；(b) 6；(c) 9

峰值前上升階段：在達(dá)到峰值模量之前，壓縮模量s快速增長直至峰值模量sp。以圖8(d)中試樣(9%MgO，養(yǎng)護(hù)14 d)為例，固化土壓縮模量從初始值3.2 MPa迅速增大到峰值79.0 MPa。這主要是由于活性MgO摻入淤泥土后發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)而形成膠結(jié)物質(zhì)，將細(xì)粒土顆粒連接在一起進(jìn)而產(chǎn)生一定的結(jié)構(gòu)性。當(dāng)荷載小于土體結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力時，固化淤泥土的結(jié)構(gòu)性保持較好，且荷載的施加使土顆粒間擠密或發(fā)生顆粒重排，土體微觀結(jié)構(gòu)變得更為致密，引起固化土壓縮模量增加。

峰值后下降階段：在達(dá)到峰值模量后，壓縮模量出現(xiàn)快速或緩慢降低階段。圖8(d)表明所取代表試樣的壓縮模量從峰值79.0 MPa迅速下降到38.8 MPa，降低速度較快。這是荷載達(dá)到結(jié)構(gòu)屈服應(yīng)力后，固化淤泥土的結(jié)構(gòu)強度遭到破壞，土體變形突然急劇增大而引起的。

值得注意的是，MgO摻量為0%和3%時，壓縮模量隨荷載變化曲線在7，14和28 d齡期時均未表現(xiàn)出明顯的“峰值”現(xiàn)象，整體上表現(xiàn)為壓縮模量s隨荷載增加而逐漸增大。該結(jié)果與入摻6%和9% MgO固化淤泥土所表現(xiàn)出的模量?應(yīng)力關(guān)系曲線變化規(guī)律不同。究其原因，主要是高M(jìn)gO摻量時化學(xué)反應(yīng)生成的膠結(jié)產(chǎn)物黏結(jié)細(xì)粒土，從而表現(xiàn)出明顯的結(jié)構(gòu)性；未固化淤泥或MgO摻量較低時，土顆粒黏結(jié)強度較弱從而未形成明顯的結(jié)構(gòu)性，其表觀屈服強度的形成主要是由于制樣時壓實功和低含水狀態(tài)等共同決定的。在整個壓縮階段，低MgO摻量固化淤泥和未固化淤泥的壓縮模量s隨荷載水平增加而持續(xù)增加，直至趨向于高M(jìn)gO固化淤泥的模量?應(yīng)力關(guān)系曲線。這個過程與孔隙壓縮、顆粒變形和顆粒重新排列等因素密切相關(guān)，而無化學(xué)膠結(jié)或化學(xué)膠結(jié)較弱情況下顆粒重新排列擠密效應(yīng)是誘發(fā)壓縮模量持續(xù)增長的主要原因。

(a) 7 d；(b) 14 d；(c) 28 d；(d) 典型試樣的Es?p曲線

針對低MgO摻量(0%，3%)無“峰值模量”，而高M(jìn)gO摻量(6%，9%)出現(xiàn)“峰值模量”，上述分析深入揭示了這種現(xiàn)象出現(xiàn)的本質(zhì)原因。這充分說明MgO摻量對MgO固化淤泥結(jié)構(gòu)性的形成有很大影響，這直接影響固化淤泥土模量?應(yīng)力曲線是否出現(xiàn)峰值模量現(xiàn)象。本研究顯示：只有MgO摻量達(dá)到6%左右時，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成膠結(jié)物質(zhì)誘發(fā)的結(jié)構(gòu)性才能明顯起作用，該發(fā)現(xiàn)與圖3中MgO摻量達(dá)到6%時，淤泥由高壓縮性土體演變?yōu)榈蛪嚎s性土體的分析結(jié)果相吻合。值得注意的是，淤泥固化過程是非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其試驗結(jié)果與固化劑摻量、養(yǎng)護(hù)齡期、土體性質(zhì)和溫度效應(yīng)等因素密切相關(guān)。

圖9 不同MgO摻量和不同養(yǎng)護(hù)齡期時固化淤泥峰值模量

圖9所示為不同MgO摻量和養(yǎng)護(hù)齡期影響下的峰值模量。由圖9可知：0%和3%MgO淤泥固化土并無峰值模量；6%MgO固化淤泥峰值模量達(dá)到28.5~31.9 MPa，受養(yǎng)護(hù)齡期影響較??；9%MgO固化淤泥峰值模量達(dá)到49.8~79.7 MPa，14 d和28 d齡期對應(yīng)峰值模量明顯大于7 d齡期對應(yīng)模量。

圖10所示為峰值模量sp與對應(yīng)壓縮指數(shù)c的關(guān)系。圖10顯示：峰值模量隨壓縮指數(shù)增大而大致呈現(xiàn)遞減變化趨勢，二者的擬合曲線關(guān)系式為

3 結(jié)論

1) 活性MgO的摻入對改性固化淤泥土的壓縮性有明顯改良作用。隨著MgO摻量的增加、養(yǎng)護(hù)齡期的延長，固化淤泥土的壓縮性和初始孔隙比呈減小趨勢，且其固結(jié)屈服應(yīng)力逐漸增大。

2) 淤泥固化土屈服后壓縮指數(shù)出現(xiàn)突變現(xiàn)象，遠(yuǎn)大于屈服前壓縮指數(shù)；隨著MgO摻量的增加c呈現(xiàn)減小趨勢，而養(yǎng)護(hù)齡期對c影響較小。對于所研究淤泥，MgO摻量為6%時，淤泥壓縮性突變，由高壓縮性土體演變?yōu)榈蛪嚎s性土體。

3) MgO固化淤泥壓縮模量?應(yīng)力關(guān)系曲線揭示了土體結(jié)構(gòu)性形成與MgO摻量等因素相關(guān)。MgO摻量直接影響固化淤泥模量?應(yīng)力關(guān)系曲線形態(tài)，進(jìn)而影響峰值模量現(xiàn)象發(fā)生與否。若MgO摻量達(dá)到6%左右，可觀察到明顯峰值模量現(xiàn)象，這與MgO固化淤泥壓縮性變化規(guī)律相吻合。

4) 峰值模量水平受MgO摻量影響較大，而養(yǎng)護(hù)齡期對峰值模量影響程度與MgO摻量水平密切相關(guān)；峰值模量隨壓縮指數(shù)變化趨勢大致服從冪函數(shù)關(guān)系模型。

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(編輯 陳愛華)

Experimental study on compressibility behavior of solidified dredged sludge with reactive MgO

WANG Hongwei1, WANG Dongxing1, 2, HE Yang1

(1. Hubei Key Laboratory of Safety for Geotechnical and Structural Engineering,School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China;2. State Key Laboratory for GeoMechanics and Deep Underground Engineering,China University of Mining & Technology, Xuzhou 221008, China)

The experimental study was performed by using 1-D consolidation test on the dredged materials solidified with reactive MgO, an environmental-friendly and low carbon binder. MgO-solidified sludges with different MgO contents and curing times were analysied. The results show that the addition of MgO has an important influence on the compressibility behavior of solidified sludge. The compressibility of MgO-solidified sludge tends to decrease with curing time and MgO content, while the yielding stress increases gradually. When MgO amount increases to 6% of dry soil mass, the compressibility of solidified sludge changes significantly, from high compressible soil to low compressible soil. Based on the concept of compression modulus, it can be found that the compression modulus against consolidation stress curves are significantly affected by MgO content, and the peak modulus appears once the MgO content reaches around 6%. Whether the phenomenon of peak modulus occurs is closely related with the formation of soil structure owing to the chemical bonding, and this finding agrees well with the variation of compressibility with MgO content. Finally, the result suggests that the peak modulus tends to change with compression index with a power function model.

reactive magnesia; solidified sludge; compressibility; compression modulus; yielding stress

10.11817/j.issn.1672?7207.2017.08.022

TU411.5

A

1672?7207(2017)08?2133?09

2016?12?20；

2017?03?05

國家自然科學(xué)基金資助項目(51609180);湖北省自然科學(xué)基金資助項目(2016CFB115);深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點實驗室開放基金資助項目(SKLGDUEK1506);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目(2042016kf0048)(Project(51609180) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2016CFB115) supported by Hubei Provincial Natural Science Foundation of China; Project(SKLGDUEK1506) supported by State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining & Technology; Project(2042016kf0048) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)

王東星，博士，副教授，從事淤/污泥處置、污染土修復(fù)和軟基處理等環(huán)境巖土工程研究；E-mail：dongxing-wang@whu.edu.cn