大豆脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣固化黃河泥沙水穩(wěn)定性試驗(yàn)研究

王鈺軻，陳 浩，宋迎賓，王振海，鐘燕輝，張 蓓

(1.鄭州大學(xué) 水利與交通學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.重大基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)修復(fù)技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001；3.地下工程災(zāi)變防控省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450001；4.黃河水利委員會(huì) 黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003；5.水利部堤防安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450003)

1 研究背景

黃河是世界上含沙量最高的河流，以泥沙多聞名于世。其上中游輸入的泥沙常淤塞下游河道，影響河道防洪安全，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境[1-2]。治河先治沙，給泥沙找出路是解決黃河泥沙問題的一種思路。隨著國(guó)家“交通強(qiáng)國(guó)”及“黃河高質(zhì)量發(fā)展”等重大戰(zhàn)略的提出，黃河流域修橋筑路等工程設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展，將黃河泥沙作為填筑材料不僅可以滿足工程填土的巨量需求，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)黃河泥沙的資源化利用，有效減少黃河泥沙淤積問題[3-4]。由于黃河泥沙質(zhì)地疏松，透水性好而黏結(jié)度小，在應(yīng)用于工程建設(shè)填筑時(shí)需要盡量避開多雨和地下水位過高地區(qū)，這極大限制了其作為填筑材料的推廣應(yīng)用[5]。因此，探索一種成本低、施工簡(jiǎn)單易行、生態(tài)環(huán)保的泥沙加固方法，并提升黃河泥沙的水穩(wěn)定性能非常關(guān)鍵，對(duì)于推進(jìn)黃河泥沙的資源化利用進(jìn)程具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，許多學(xué)者采用微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀[6-7](Microbial-Induced Carbonate Precipitation，MICP)和酶誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀[8-9](Enzyme-Induced Calcium Carbonate Precipitation，EICP)技術(shù)，通過生物化學(xué)過程改善土體的力學(xué)特性(如強(qiáng)度和耐久性)。兩種方法作用機(jī)理相似，脲酶水解尿素產(chǎn)生碳酸鹽離子，與水中游離鈣離子結(jié)合形成碳酸鈣晶體，可起到填充和膠結(jié)巖土材料的作用。這兩種技術(shù)為一系列工程應(yīng)用提供了巨大的潛力，如提高土體強(qiáng)度[10]、減輕土體液化潛力[11]和加固地基[12]。

一些研究表明MICP和EICP技術(shù)可應(yīng)用于加固砂質(zhì)土[13-14]，但是經(jīng)過處理的土體在各種環(huán)境條件下存在耐久性問題[15]。Ahenkorah等[16]通過一系列的土工試驗(yàn)，分析了EICP處理的砂試樣在經(jīng)歷干濕循環(huán)后的質(zhì)量損失及抗壓強(qiáng)度折損情況。Sivakumar等[17]通過試驗(yàn)證明MICP處理的砂土在降雨條件下的耐久性較弱，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度顯著降低。李藝隆等[18]在海水環(huán)境中對(duì)MICP膠結(jié)的鈣質(zhì)砂進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)，得出干濕循環(huán)減弱了顆粒表面粗糙度與粒間膠結(jié)強(qiáng)度。

上述研究主要通過干濕循環(huán)試驗(yàn)或降雨試驗(yàn)分析了不同類型砂土加固后的強(qiáng)度和抗侵蝕性，但是不同于砂質(zhì)土，黃河泥沙存在細(xì)度模數(shù)小，孔隙率低的特點(diǎn)，MICP和EICP技術(shù)對(duì)于黃河泥沙的適用性仍需探索。目前，相關(guān)學(xué)者對(duì)MICP和EICP技術(shù)加固黃河泥沙的效果開展了部分研究。Wang等[19]分別采用MICP和EICP技術(shù)對(duì)黃河泥沙進(jìn)行固化，試驗(yàn)結(jié)果表明處理后的黃河泥沙試樣強(qiáng)度均明顯提高，EICP技術(shù)對(duì)黃河泥沙的固化效果優(yōu)于MICP技術(shù)。同時(shí)，有研究指出，MICP技術(shù)的適用性可能受到孔徑的限制[20]，尺寸較小的EICP中溶解的脲酶更容易滲透到更深的砂中。綜上表明，對(duì)于黃河泥沙，EICP技術(shù)的適用性更好。

目前研究多關(guān)注于不同膠結(jié)液濃度、處理次數(shù)和處理方法對(duì)EICP技術(shù)固化黃河泥沙的影響，基于此，本文針對(duì)EICP技術(shù)固化的黃河泥沙，開展常規(guī)浸水條件及干濕循環(huán)條件下的水穩(wěn)定性試驗(yàn)。通過觀察黃河泥沙試樣在浸水后的碎裂、散體現(xiàn)象，以黃河泥沙試樣的崩解量和崩解速度來衡量其耐崩解性。同時(shí)測(cè)試了不同膠結(jié)液濃度下黃河泥沙試樣的抗崩解性等理化性質(zhì)，分析了浸水后黃河泥沙的質(zhì)量損失及強(qiáng)度折損情況，研究了干濕循環(huán)對(duì)固化黃河泥沙試樣軟化系數(shù)的影響規(guī)律，探討EICP技術(shù)固化黃河泥沙的水穩(wěn)定性特征，以確定最優(yōu)的固化工藝。

2 試驗(yàn)材料與方案

2.1 試驗(yàn)材料

2.1.1 黃河泥沙 試驗(yàn)所用的黃河泥沙采自河南省鄭州市的黃河中下游花園口段河流灘地，采樣深度為0.5 m。在試驗(yàn)室對(duì)黃河泥沙進(jìn)行均勻震動(dòng)和篩分，并對(duì)其物理參數(shù)和粒徑分布進(jìn)行測(cè)試。黃河泥沙的基本物理參數(shù)見表1，顆粒級(jí)配曲線如圖1所示。

表1 黃河泥沙的基本物理參數(shù)

圖1 黃河泥沙的顆粒級(jí)配曲線

2.1.2 大豆脲酶 本文選用的試驗(yàn)原料為常規(guī)的干燥黃豆，試驗(yàn)所用大豆脲酶的提取和活性測(cè)試步驟參照Wang等[19]的論文。大豆脲酶活性可以由單位時(shí)間內(nèi)尿素的水解量表征，根據(jù)Whiffin等[21]提出的計(jì)算方法，電導(dǎo)率變化值與尿素水解量的對(duì)應(yīng)關(guān)系為1 mS/min=11.11 mmol/(L·min)，因此可以利用測(cè)量溶液電導(dǎo)率的變化值換算出單位時(shí)間內(nèi)的尿素水解量(mmol/(L·min))，并用該值表示大豆脲酶活性。為了研究豆粉濃度對(duì)大豆脲酶活性的影響規(guī)律，本文設(shè)置了8組不同濃度的豆粉溶液(參考文獻(xiàn)[22]按照固液比1∶25提取大豆脲酶設(shè)置)，對(duì)不同豆粉濃度下提取的大豆脲酶活性進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)方案如表2所示。

表2 豆粉濃度試驗(yàn)方案

圖2繪制了從不同濃度的豆粉溶液中提取的大豆脲酶活性A和單位質(zhì)量的大豆脲酶活性Aa(大豆脲酶活性/大豆粉質(zhì)量)與豆粉溶液濃度的關(guān)系曲線。根據(jù)試驗(yàn)所得結(jié)果，本試驗(yàn)所需要的大豆脲酶均從濃度為40 g/L的豆粉溶液中提取。

圖2 大豆脲酶活性的變化曲線

2.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)基于課題組前期研究成果和黃河中游流域氣候資料調(diào)研結(jié)果[23-24]，本文設(shè)計(jì)了三種不同膠結(jié)液濃度C=1、1.25和1.5 mol/L固化黃河泥沙試樣，灌漿次數(shù)均為N=10，在常規(guī)浸水條件和干濕循環(huán)條件下研究固化后黃河泥沙試樣的水穩(wěn)定性。常規(guī)浸水條件下設(shè)置了浸水時(shí)間為0、1、3、7、14、21、28、35和56 d(長(zhǎng)期)等9組試驗(yàn)工況，試驗(yàn)編號(hào)為C-1—C-9(C=1 mol/L)、C-10—C-18(C=1.25 mol/L)、C-19—C-27(C=1.5 mol/L)。干濕循環(huán)條件下設(shè)置了1～10次等10組試驗(yàn)工況，試驗(yàn)編號(hào)為G-1—G-10(C=1 mol/L)、G-11—G-20(C=1.25 mol/L)、G-21—G-30(C=1.5 mol/L)。黃河泥沙試樣大小為5 cm×10 cm(直徑×高度)，為保證試驗(yàn)結(jié)果的合理性，每個(gè)試樣設(shè)置三個(gè)平行試樣。同時(shí)為了直觀對(duì)比EICP技術(shù)處理前后黃河泥沙試樣水穩(wěn)定性的變化，設(shè)立未經(jīng)加固處理、僅用純?nèi)ルx子水處理的空白組黃河泥沙試樣。試樣的制備及測(cè)試過程均按照 《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123—2019)[25]進(jìn)行。

干濕循環(huán)條件下EICP技術(shù)固化后黃河泥沙試樣的水穩(wěn)定試驗(yàn)試驗(yàn)方法如下：

(1)采用EICP滲透注漿法固化三種膠結(jié)液濃度的黃河泥沙試樣，烘干備用；

(2)將上述烘干的黃河泥沙試樣平放在PVC材料的試驗(yàn)盆中，加入去離子水直至淹沒黃河泥沙試樣，且水面高出試樣5 cm；

(3)固化后的黃河泥沙試樣在水中浸泡24 h后，放置在70 ℃的烘箱中烘干48 h；

(4)上述步驟(3)視為一次黃河泥沙試樣干濕循環(huán)操作，按照試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)次數(shù)完成干濕循環(huán)試驗(yàn)；

(5)干濕循環(huán)試驗(yàn)完成后，對(duì)黃河泥沙試樣稱重，計(jì)算黃河泥沙試樣的質(zhì)量損失；

(6)對(duì)稱量后的黃河泥沙試樣進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算抗壓強(qiáng)度折損率及黃河泥沙的軟化系數(shù)。

3 常規(guī)條件下黃河泥沙試樣水穩(wěn)定性測(cè)試

3.1 黃河泥沙試樣浸水崩解破壞情況對(duì)空白組黃河泥沙試樣和三種膠結(jié)液濃度下的27種黃河泥沙試樣進(jìn)行浸水崩解觀測(cè)試驗(yàn)，如圖3所示?？瞻捉M試樣的黃河泥沙顆粒快速崩解脫落。EICP技術(shù)固化后的黃河泥沙試樣在浸水試驗(yàn)過程中不斷吸水飽和，隨后試樣表面產(chǎn)生裂縫，裂縫逐漸展開，最后試樣崩解坍塌，但崩解過程相比空白組黃河泥沙試樣更緩慢。在前7 d浸水試驗(yàn)過程中，三種膠結(jié)液濃度下的黃河泥沙表面均出現(xiàn)泥沙顆粒剝落現(xiàn)象，但試樣未出現(xiàn)膨脹、表面裂縫等現(xiàn)象。

圖3 常規(guī)條件黃河泥沙試樣浸水崩解觀測(cè)

EICP技術(shù)固化后的黃河泥沙試樣浸泡14 d后，膠結(jié)液濃度C=1 mol/L的試樣底部出現(xiàn)大面積顆粒崩解，試樣底部開始出現(xiàn)軟化狀態(tài)。膠結(jié)液濃度C=1.25 mol/L的黃河泥沙試樣在浸水28 d后，觀察到了黃河泥沙顆粒崩解現(xiàn)象。膠結(jié)液濃度C=1.5 mol/L的黃河泥沙試樣在浸水35 d內(nèi)未觀察到泥沙顆粒崩解現(xiàn)象，長(zhǎng)期浸水后(56 d)，黃河泥沙試樣表面顆粒剝落明顯，試樣底部開始出現(xiàn)輕微松散狀態(tài)。浸水試驗(yàn)結(jié)果表明，EICP技術(shù)固化減緩了黃河泥沙試樣的崩解速度，固化后的試樣成塊狀崩解脫落，而空白組試樣崩解后成顆粒狀。EICP技術(shù)產(chǎn)生的碳酸鈣在泥沙顆粒之間主要起到填充作用和膠結(jié)作用，起“填充作用”的碳酸鈣聚集在泥沙顆?？p隙之間，在減小試樣內(nèi)部孔隙的同時(shí)為起“膠結(jié)作用”的碳酸鈣提供橋接節(jié)點(diǎn)，兩種作用將黃河泥沙試樣固化為一個(gè)整體，增強(qiáng)了黃河泥沙材料的抗浸水性能。在合適的脲酶濃度和膠結(jié)液濃度范圍內(nèi)，隨著膠結(jié)液濃度的增加，黃河泥沙的抗浸水性能逐漸增強(qiáng)。

3.2 浸水后黃河泥沙試樣質(zhì)量損失試樣的質(zhì)量損失可以作為大豆脲酶誘導(dǎo)碳酸鈣固化后土體對(duì)各種環(huán)境條件抵抗力的有效指標(biāo)；質(zhì)量損失率是可以直接反映EICP技術(shù)固化后黃河泥沙試樣一段時(shí)間內(nèi)浸水后的穩(wěn)定性，計(jì)算公式如下。

(1)

式中：wc為常規(guī)條件下黃河泥沙試樣的質(zhì)量損失率，%；m0為未浸水的黃河泥沙試樣質(zhì)量，g；mn為浸水后的黃河泥沙試樣質(zhì)量，g。

圖4繪制了黃河泥沙試樣質(zhì)量損失率隨著浸泡天數(shù)的變化規(guī)律。由圖可知，黃河泥沙試樣的質(zhì)量損失率隨著浸水天數(shù)的增加不斷增加。其中，膠結(jié)液濃度C=1.5 mol/L的黃河泥沙試樣抗水侵蝕能力最強(qiáng)，在浸水56 d后，土體幾乎保持完整，無大塊的黃河泥沙顆粒脫落現(xiàn)象。膠結(jié)液濃度C=1.25和1.5 mol/L的黃河泥沙試樣質(zhì)量損失率隨著浸泡天數(shù)的增加趨于穩(wěn)定，主要原因是黃河泥沙試樣底部膠結(jié)程度相比上部較低，底部的泥沙顆粒松散脫落完后，剩余的土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

圖4 常規(guī)浸水條件下EICP技術(shù)處理后試樣的質(zhì)量損失率

3.3 浸水后黃河泥沙試樣強(qiáng)度折損浸水后，土體的抗壓強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)一定程度的折損。通常，用來測(cè)試無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(UCS)的試樣直徑為50 mm，高度為100 mm。然而，一些試樣的高度在處理后或耐久性試驗(yàn)循環(huán)后有所降低。因此，EICP技術(shù)固化后的黃河泥沙試樣抗壓強(qiáng)度需要進(jìn)行修正，修正公式采用下式。

(2)

式中：D為試樣直徑，mm；H為試樣高度，mm。當(dāng)D/H=1/2時(shí)，UCS修正=UCS實(shí)測(cè)(kPa)。

常規(guī)條件下黃河泥沙試樣浸水后的抗壓強(qiáng)度折損情況變化規(guī)律如圖5所示，從圖5(a)可以看出，不同膠結(jié)液濃度下的黃河泥沙試樣抗壓強(qiáng)度均隨著浸水天數(shù)的增加而減小，但其減小的幅度不同。膠結(jié)液濃度C=1 mol/L時(shí)，浸水21 d內(nèi)，固化后的黃河泥沙試樣抗壓強(qiáng)度呈線性下降。膠結(jié)液濃度C=1.5 mol/L時(shí)，試樣的抗壓強(qiáng)度降低的趨勢(shì)平緩，后期呈現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)。由圖5(b)可以發(fā)現(xiàn)，浸水7 d，膠結(jié)液濃度C=1 mol/L固化的試樣強(qiáng)度折損率就已超過10%。在浸水14 d內(nèi)，膠結(jié)液濃度C=1.5 mol/L的試樣強(qiáng)度損失率為2.46%，長(zhǎng)期浸水后試樣的強(qiáng)度折損率也僅為6.21%，表明該條件下EICP技術(shù)固化后的黃河泥沙試樣結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗水穩(wěn)定性能最優(yōu)。

圖5 常規(guī)浸水條件下EICP技術(shù)固化黃河泥沙試樣強(qiáng)度折損規(guī)律

4 干濕循環(huán)條件下黃河泥沙試樣水穩(wěn)定性測(cè)試

4.1 干濕循環(huán)作用下黃河泥沙試樣崩解破壞情況EICP技術(shù)固化后的黃河泥沙試樣在干濕循環(huán)過程中的崩解程度隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而加重，具體的崩解現(xiàn)象如圖6所示。干濕循環(huán)條件下的黃河泥沙試樣浸水崩解情況與常規(guī)浸水條件下類似，但干濕循環(huán)對(duì)黃河泥沙水穩(wěn)定性的影響程度更大。干濕循環(huán)條件下不同試驗(yàn)工況的黃河泥沙試樣如圖7所示，膠結(jié)液濃度C=1 mol/L的黃河泥沙試樣崩解最快、質(zhì)量損失最大，試樣首先從底部開始崩解，然后沿著試樣表面由外向內(nèi)泥沙顆粒松散脫落，最后出現(xiàn)大面積崩解現(xiàn)象。另外兩種膠結(jié)液濃度下的黃河泥沙試樣在干濕循環(huán)過程中整體崩解情況相對(duì)良好。但隨著干濕循環(huán)次數(shù)的持續(xù)增加，膠結(jié)液濃度C=1.25 mol/L的黃河泥沙試樣表面開始出現(xiàn)泥沙顆粒松散、脫落等現(xiàn)象。膠結(jié)液濃度C=1.5 mol/L的試樣，在經(jīng)歷10次干濕循環(huán)后，試樣土體幾乎保持完整，無大塊的泥沙顆粒脫落，僅有試樣底部表面及底部周圍出現(xiàn)少許的泥沙顆粒松散。試驗(yàn)結(jié)果反映出膠結(jié)液濃度較高時(shí)，EICP技術(shù)反應(yīng)生成的碳酸鈣相對(duì)均勻的固化黃河泥沙顆粒，膠結(jié)液濃度C=1.5 mol/L時(shí)固化后的黃河泥沙試樣抗干濕循環(huán)能力最強(qiáng)。

圖6 干濕循環(huán)條件下黃河泥沙的浸水觀察

圖7 干濕循環(huán)條件下黃河泥沙的崩解情況

4.2 干濕循環(huán)對(duì)黃河泥沙試樣質(zhì)量的影響干濕循環(huán)試驗(yàn)過程中，黃河泥沙試樣經(jīng)歷吸水膨脹和失水收縮，三種膠結(jié)液濃度下的試樣均出現(xiàn)了不同程度的泥沙顆粒松散和脫落，試樣表面泥沙顆粒的松散和脫落程度在經(jīng)歷數(shù)次干濕循環(huán)作用后趨于穩(wěn)定。經(jīng)歷10次干濕循環(huán)后，三種狀態(tài)下的黃河泥沙試樣最大質(zhì)量損失率分別為35.52%、18.85%和9.38%。圖8繪制了黃河泥沙試樣質(zhì)量損失率隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律，由圖可知，黃河泥沙試樣的質(zhì)量隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加不斷減小，最后趨于穩(wěn)定。在前8次干濕循環(huán)作用過程中，膠結(jié)液濃度C=1 mol/L的試樣質(zhì)量損失率呈線性升高，黃河泥沙試樣底部泥沙顆粒松散軟化，還伴有大塊土體的脫落。膠結(jié)液濃度C=1.25 mol/L的試樣相對(duì)于膠結(jié)液濃度C=1 mol/L的試樣表現(xiàn)較好，但也有一定程度的土體脫落。膠結(jié)液濃度C=1.5 mol/L的黃河泥沙試樣，在經(jīng)歷10次干濕循環(huán)后，質(zhì)量損失率也未超過10%，質(zhì)量損失較小；試樣整個(gè)結(jié)構(gòu)維持較好，沒有出現(xiàn)泥沙顆粒大面積的脫落現(xiàn)象。在干濕循環(huán)過程中，由于增濕與脫濕的反復(fù)作用，黃河泥沙試樣受吸水膨脹和脫水收縮的不斷影響，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆改變，固化后的試樣強(qiáng)度特性改變，宏觀上表現(xiàn)為強(qiáng)度下降和質(zhì)量損失。

圖8 干濕循環(huán)條件下EICP技術(shù)處理后試樣的質(zhì)量損失率

4.3 干濕循環(huán)作用下黃河泥沙試樣強(qiáng)度折損干濕循環(huán)作用下，膠結(jié)液濃度C=1、1.25和1.5 mol/L的試樣強(qiáng)度最大損失量分別為771.6、369.61和242.98 kPa。試樣的抗壓強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律如圖9所示，試樣的抗壓強(qiáng)度值隨循環(huán)次數(shù)的增大而減小，最后趨于穩(wěn)定。黃河泥沙試樣強(qiáng)度和質(zhì)量的折損趨勢(shì)基本一致，表明EICP技術(shù)固化后的黃河泥沙試樣質(zhì)量和抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律是相統(tǒng)一的。

圖9 干濕循環(huán)條件下EICP技術(shù)處理后試樣強(qiáng)度損失變化規(guī)律

在前5次干濕循環(huán)過程中，膠結(jié)液濃度C=1.25和1.5 mol/L的黃河泥沙試樣抗壓強(qiáng)度損失率接近，強(qiáng)度損失率在5.5%左右。而膠結(jié)液濃度C=1 mol/L時(shí)，在經(jīng)歷5次干濕循環(huán)后試樣的抗壓強(qiáng)度損失率就已超過30%。在1～5次干濕循環(huán)期間內(nèi)，膠結(jié)液濃度C=1.25 mol/L的黃河泥沙試樣抗壓強(qiáng)度損失增長(zhǎng)較??；增加到7次時(shí)，抗壓強(qiáng)度損失逐漸增大。膠結(jié)液濃度C=1 mol/L的黃河泥沙試樣，在1～8次干濕循環(huán)期間內(nèi)，抗壓強(qiáng)度損失呈線性減小。原因可能是受干濕作用影響，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)變化，土體外殼出現(xiàn)松散脫落現(xiàn)象，土體結(jié)構(gòu)逐漸失穩(wěn)，土體強(qiáng)度也因此逐漸降低。

將黃河泥沙試樣浸水后與浸水前的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比值定義為軟化系數(shù)γ，γ值越大則水穩(wěn)定性越好。圖10為不同膠結(jié)液濃度下，黃河泥沙試樣軟化系數(shù)γ隨著干濕循環(huán)作用次數(shù)的變化規(guī)律圖。由圖可以發(fā)現(xiàn)，黃河泥沙試樣的軟化系數(shù)均在不斷減低。歷經(jīng)6次干濕循環(huán)后，膠結(jié)液濃度C=1 mol/L的黃河泥沙試樣軟化系數(shù)小于0.6；增加至10次干濕循環(huán)后，黃河泥沙試樣的軟化系數(shù)降低為0.47左右，水穩(wěn)定性較差。歷經(jīng)10次干濕循環(huán)后，膠結(jié)液濃度C=1.25 mol/L的黃河泥沙試樣軟化系數(shù)最低為0.76。而膠結(jié)液濃度C=1.5 mol/L的黃河泥沙試樣在經(jīng)歷10次干濕循環(huán)后，軟化系數(shù)還在0.9以上，表明此時(shí)的黃河泥沙試樣受干濕作用影響最小，土體的抗水穩(wěn)定性最優(yōu)。

圖10 干濕循環(huán)條件下EICP技術(shù)處理后試樣的軟化系數(shù)

5 結(jié)論

本文通過對(duì)空白組黃河泥沙試樣和三種膠結(jié)液濃度條件下EICP技術(shù)固化后的黃河泥沙試樣進(jìn)行崩解試驗(yàn)觀察，對(duì)比了不同膠結(jié)液濃度條件下的黃河泥沙試樣抗崩解性，分析了常規(guī)浸水和干濕循環(huán)條件對(duì)黃河泥沙的質(zhì)量損失及強(qiáng)度折損情況的影響規(guī)律，揭示了常規(guī)浸水和干濕循環(huán)對(duì)固化后黃河泥沙試樣的持水能力影響機(jī)制。主要結(jié)論如下：

(1)EICP技術(shù)固化后的黃河泥沙試樣相比未經(jīng)固化處理的試樣崩解過程更加緩慢，并且固化后的黃河泥沙試樣在浸水試驗(yàn)過程中成塊狀崩解脫落，而未經(jīng)固化處理的試樣崩解后成顆粒狀。

(2)浸水條件下，膠結(jié)液濃度C=1.5 mol/L時(shí)，黃河泥沙試樣抗水穩(wěn)定性能最優(yōu)。試樣長(zhǎng)期(56 d)浸水后，幾乎保持完整，無大塊的黃河泥沙顆粒脫落現(xiàn)象。干濕循環(huán)條件下，黃河泥沙試樣反復(fù)經(jīng)受吸水膨脹和失水收縮過程的影響，三種膠結(jié)液濃度下的試樣均出現(xiàn)了不同程度的泥沙顆粒松散和脫落現(xiàn)象，但膠結(jié)液濃度C=1.5 mol/L、灌漿次數(shù)N=10時(shí)，經(jīng)歷10次干濕循環(huán)后試樣的抗壓強(qiáng)度損失僅為9.96%，軟化系數(shù)也在0.9以上。

(3)浸水試驗(yàn)和干濕循環(huán)試驗(yàn)均證實(shí)，采取合理的膠結(jié)液濃度和處理次數(shù)，EICP技術(shù)可以有效固化黃河泥沙并提升其水穩(wěn)定性。下一步應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行EICP技術(shù)加固黃河泥沙試驗(yàn)，研究多雨或地下水位較高條件下EICP技術(shù)固化后黃河泥沙的水穩(wěn)定性能，為黃河泥沙作為填筑材料使用進(jìn)一步提供理論支撐，推進(jìn)黃河泥沙資源化利用進(jìn)程。