黃河泥沙的路用性能與改性利用研究進展

摘 要：在實施黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略及交通強國戰(zhàn)略的背景下，沿黃高速公路建設(shè)發(fā)展迅速，黃河泥沙以其作為路基填料的潛力備受關(guān)注，黃河泥沙的路用性能與改性利用研究成為熱點?；瘜W改良、生物礦化加固和高聚物加固技術(shù)均被認為能夠有效改善黃河泥沙的工程特性，其中：化學改良手段（如堿激發(fā)技術(shù)）加固黃河泥沙技術(shù)上可行，但相關(guān)研究多關(guān)注于黃河泥沙堿激發(fā)制備磚砌體；生物礦化技術(shù)是目前巖土工程領(lǐng)域的研究熱點，現(xiàn)有研究證實生物礦化技術(shù)適用于黃河泥沙，且相比微生物誘導碳酸鈣沉淀（ＭＩＣＰ）技術(shù)，脲酶誘導碳酸鈣沉淀（ＥＩＣＰ）技術(shù)因其游離態(tài)脲酶的小分子尺寸更易穿過黃河泥沙孔喉而適用性更好；高聚物加固黃河泥沙的力學和耐久性表現(xiàn)均表明其應用潛力值得挖掘?；诖耍瑢S河中下游泥沙來源和分布數(shù)據(jù)進行整合梳理，分析黃河泥沙的理化特性，并系統(tǒng)闡述黃河泥沙的路用性能研究進展。黃河泥沙應用于路基工程的可行性已經(jīng)得到初步驗證，綠色環(huán)保的生物礦化加固技術(shù)將進一步支撐黃河泥沙作為路基填料的可行性?；诂F(xiàn)有工程體系的不斷完善、多學科交叉的深化，黃河泥沙生態(tài)資源的利用潛力將被充分開發(fā)釋放。

關(guān)鍵詞：黃河泥沙；理化特性；路用性能；化學改良；生物礦化加固；高聚物加固

中圖分類號：Ｕ４１４；ＴＶ８８２．１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２５．０３．０２４

引用格式：王鈺軻，陳浩，屈欣明，等．黃河泥沙的路用性能與改性利用研究進展［Ｊ］．人民黃河，２０２５，４７（３）：１５３－１６０．

黃河沙量之多，含沙量之大，為世界大江大河之冠，上中游嚴重的水土流失造成了下游泥沙淤積、地上懸河、水庫庫容縮減等問題，嚴重影響到人民的生產(chǎn)生活［１］ 。黃河泥沙如何處理一直是困擾中華民族治理黃河的最大難題［２］ 。多年來治理黃河堅持“攔、排、放、調(diào)、挖”的綜合模式，但各種被動措施難以徹底解決黃河泥沙淤積問題［３－４］ 。在實施“交通強國”“黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展”“新基建”等重大國家戰(zhàn)略的背景下，黃河流域相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)量增長迅速［５－７］ ，沿黃交通網(wǎng)修橋筑路工程的體量不斷上升。在砂石資源嚴重短缺的困境下，沿黃高速公路的路基填筑需要耗費大量的人力、物力和財力，將黃河泥沙用作路基填料不僅可以節(jié)約大量的開采運輸成本、保護土地資源，而且是黃河泥沙資源化利用的一條新途徑［８－９］ 。同時，在河南高速公路“１３４４５”工程戰(zhàn)略決策的影響下，沿黃高速公路的修建必將進一步推進中下游流域黃河泥沙的資源化利用，因此黃河泥沙作為填料的路用性能研究十分關(guān)鍵。

黃河泥沙顆粒尺寸較小，細度模數(shù)僅為０．０３，相較于其他地區(qū)的泥沙顆粒磨圓度更高，且黃河泥沙多屬級配不良土［１０－１１］ 。黃河泥沙中黏粒量較少、粉粒含量高，造成黃河泥沙黏聚力較小和可塑性較差，抗液化能力偏弱［１２－１３］ 。室內(nèi)土工試驗（如基本物性試驗、固結(jié)試驗和直剪試驗）和現(xiàn)場試驗均初步證實了黃河泥沙基本滿足路用工程填料規(guī)范要求。但是對于長期服役的路基，交通荷載和復雜氣候條件對其填料提出了更高的要求。因此，開展黃河泥沙的靜動三軸剪切試驗，考慮黃河泥沙密實度、含水率、顆粒級配等內(nèi)在因素，以及圍壓、排水條件和加載路徑等試驗因素，對于研究黃河泥沙填料的路用性能等至關(guān)重要。

黏聚力小、可塑性差、易液化和難壓實等始終是黃河泥沙作為路基填料的重大缺陷?；瘜W改性手段如堿激發(fā)技術(shù)，通過在黃河泥沙中摻入堿性化學試劑激發(fā)黃河泥沙中的硅鋁物質(zhì)，生成堿激發(fā)膠凝材料，可改善黃河泥沙的性質(zhì)。生物礦化技術(shù)通過在黃河泥沙顆粒之間生成碳酸鈣沉淀，起到膠結(jié)、填充和黏附作用，將黃河泥沙固化為一個整體，不僅可以提高黃河泥沙的強度，而且可以改善其抗液化能力。此外，機械粉磨合高聚物加固等手段也可進一步增大黃河泥沙作為路基填料的應用潛力。

本文對黃河泥沙的來源、分布及理化特性進行總結(jié)，聚焦于黃河泥沙在交通運輸工程領(lǐng)域應用的研究現(xiàn)狀，對黃河泥沙的路用性能研究進行系統(tǒng)梳理，同時還梳理了黃河泥沙生態(tài)資源利用的研究進展，并進行綜述性分析，旨在促進黃河泥沙在交通工程建設(shè)中的利用，提高黃河泥沙的整體利用率和綜合效益，使黃河泥沙的規(guī)?；卫砼c利用得到長足發(fā)展。

１ 黃河泥沙的來源和理化特性

黃河泥沙的物理化學特性存在明顯的空間異質(zhì)性，來源不同的黃河泥沙的礦物組成、化學成分和粒徑分布等存在不小的差異，在黃河泥沙資源化利用和路用性能研究中必須重視空間異質(zhì)性的影響，重視對黃河泥沙來源的研究［１４－１５］ 。

１．１ 黃河泥沙的來源和分布

黃河中下游的泥沙是上中游泥沙經(jīng)水力搬運作用淤積產(chǎn)生的，相關(guān)學者針對不同河段黃河泥沙的來源進行了研究，劃分了不同的水沙來源區(qū)，建立了基于端元模型和復合指紋模型的泥沙示蹤模型［１６－１９］ ，為研究黃河泥沙的來源和分布提供了更為先進的策略。

黃土高原是黃河主要產(chǎn)沙區(qū)，是治理黃河、解決泥沙淤積問題的重點關(guān)注區(qū)域之一［２０］ 。韓鵬等［２１］ 認為在黃河中游的各支流流域中，窟野河、皇甫川和無定河流域是主要的粗泥沙來源區(qū)。同樣，鄭新民［２２］ 也提出黃土高原多沙粗沙區(qū)特別是粗泥沙區(qū)是黃河下游河道淤積泥沙的主要產(chǎn)區(qū)。針對粗泥沙入黃問題，相關(guān)學者對黃河中游粗泥沙集中來源區(qū)進行了研究，證實對多沙粗沙區(qū)開展針對性治理可以顯著改善黃河泥沙淤積現(xiàn)狀［２３－２４］ 。

１．２ 有機質(zhì)含量和ｐＨ 值

黃河泥沙有機質(zhì)含量較低，取自石嘴山、臨河、潼關(guān)、三門峽和花園口等１２ 個采樣點的泥沙測試結(jié)果顯示［２５］ ，黃河泥沙有機質(zhì)含量一般為０．４％ ～ ０．８％。黃河泥沙呈微堿性，ｐＨ 值一般為７．５ ～８．６，黃河水體的ｐＨ 值為７．５～８．５，與黃土的ｐＨ 值十分接近［２６］ 。黃河泥沙與其他河流泥沙不完全相同，具有獨特環(huán)境特性，這與其有機質(zhì)含量和ｐＨ 值顯著關(guān)聯(lián)［２７］ 。

１．３ 礦物組成和化學成分

鋁硅酸鹽是黃河泥沙顆粒的主要成分，除此以外，黃河泥沙顆粒的其他氧化物組分還有三氧化二鐵、氧化錳、氧化鎂、氧化鈦和氧化鈣，含量由小到大排序為ＭｎＯ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ，取自三門峽、花園口和濼口黃河泥沙的各氧化物組分含量見表１。黏土礦物和非黏土礦物是黃河泥沙的主要礦物成分，其中蒙脫石、伊利石和綠泥石是構(gòu)成黏土礦物的主要成分，而非黏土礦物成分主要包含石英和長石［２６］ 。

１．４ 界面效應

黃河泥沙具有較為顯著的界面效應，泥沙顆粒物與溶液之間常常存在大量微觀界面，二者之間的相互作用和各種反應都會發(fā)生在此界面上。這些微觀界面具有強烈的吸附能力，可以將各種環(huán)境微污染物及各種生命元素和營養(yǎng)物質(zhì)等微量痕量物質(zhì)吸附到泥沙顆粒物的表面上，這些物質(zhì)可以在泥沙顆粒物的界面發(fā)生各種化學反應甚至可能得到催化促進，最終達到在溶液中自由狀態(tài)下難以發(fā)生的轉(zhuǎn)化效應［２７］ 。

１．５ 電化學特性

黃河泥沙具有強烈的電化學特性［２６］ 。顆粒物在黃河水ｐＨ 值＞７ 的環(huán)境下，其比表面積與負電荷量、吸附作用同步變化。顆粒物會隨著泥沙表面吸附和解吸的過程表現(xiàn)出離子交換性能，介質(zhì)中的離子價態(tài)和離子相對濃度差決定了其交換的性能，并且有以下順序：Ｆｅ３＋ ＞Ａｌ３＋ ＞Ｈ＋ ＞Ｈｇ２＋ ＞Ｋ＋ ＞ＮＨ４＋ ＞Ｎａ＋。

１．６ 顆粒級配

來源不同的黃河泥沙，其粒徑分布存在一定的差異［２８－２９］ ，導致其力學性能和路用性能的參差，在黃河泥沙資源化利用尤其是路用性能研究中，應當重視泥沙的粒徑差異。相比于河砂或者機制砂，黃河泥沙顆粒磨圓度高，顆粒均勻，細度模數(shù)小，粒徑分布曲線整體上呈較陡的形狀。黃河泥沙不適合直接用作材料來修建構(gòu)筑物的原因是，其顆粒粒徑主要集中在０．００５～０．０７４ ｍｍ 區(qū)間內(nèi)，顆粒間孔隙大、壓實困難，并且大多屬于級配不良土。

有學者對黃河泥沙粒徑分布和礦物組成之間是否存在一定的相關(guān)性進行了研究。王兆印等［３０］ 研究了黃河泥沙的礦物組成成分含量和粒度分布的聯(lián)系，最終認為這兩者的關(guān)系密切，黏土礦物和非黏土礦物構(gòu)造不同導致其相對含量直接影響黃河泥沙顆粒分布，進而直觀表現(xiàn)為黃河泥沙的粗細不同。黃河泥沙作為一種潛在的路基填料，其路用性能受到礦物組成和粒徑分布的極大影響，所以黃河泥沙礦物組成和粒徑分布之間的強關(guān)聯(lián)性在進行路用性能分析時應被充分重視。

２ 黃河泥沙的路用性能研究

黃河泥沙用作路基填料可以緩解資源短缺與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)飛速發(fā)展的矛盾，是黃河泥沙的資源生態(tài)化利用新思路［３１－３２］ 。黃河泥沙的力學特性研究有助于全面了解泥沙的獨特組成和性質(zhì)，為黃河泥沙直接作為路基填料提供了一定的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。為了獲得黃河泥沙的基本物理性質(zhì)及物理狀態(tài)指標，相關(guān)學者分別開展了液塑限聯(lián)合測定試驗、擊實試驗、顆粒分析試驗和比重試驗等。趙然杭等［９］ 對取自黃河下游的泥沙開展室內(nèi)公路土工試驗，隨后在路基施工現(xiàn)場開展檢測，測定了該黃河泥沙的顆粒級配、最大干密度、最優(yōu)含水率、液塑限指數(shù)、承載比和壓實度，結(jié)果表明其滿足路基填筑規(guī)范要求，由此黃河泥沙用于高速公路路基填料的可行性得到了初步驗證。對比不同學者取自不同區(qū)域黃河泥沙測定得出的泥沙基本參數(shù)指標可以發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域黃河泥沙的巖土力學特性差別較大［３３－３５］ 。

Ｗａｎｇ 等［３６］ 對取自河南鄭州段的黃河泥沙進行了基本力學特性試驗，同時對黃河泥沙進行了不排水條件下的靜態(tài)三軸剪切試驗，指出黃河泥沙的應力—應變曲線呈硬化型，峰值偏應力與圍壓和相對密實度均表現(xiàn)為正比關(guān)系，與加載速率成反比關(guān)系。此外，為了有效對黃河泥沙的靜力強度和變形特性進行研究，王鈺軻等［３２］ 開展了一系列靜態(tài)三軸剪切試驗，針對黃河泥沙在路基工程中的實際狀態(tài)，在試驗中對試樣設(shè)置了不同的初始條件（圍壓和密實度）和不同的試驗條件（剪切速率和排水條件）。試驗結(jié)果表明，黃河泥沙的應力—應變曲線在不排水條件和排水條件下分別呈硬化型與輕微軟化型，且排水與不排水條件直接影響黃河泥沙的變形特性、臨界應力和抗剪強度等諸多指標。

由于黃河泥沙顆粒之間的咬合能力相對較差，并且黏粒含量較低，因此其作為路基填料在動力荷載作用下災變機理的研究也引起了關(guān)注。最大動剪切模量和阻尼比是土體動力特性及路基設(shè)計中的兩個首要參數(shù)，鑒于此，王鈺軻等［３７］ 對取自黃河中下游鄭州段的泥沙進行應力控制的動三軸試驗，分析了圍壓、相對密實度和頻率對黃河泥沙動剪應力—動剪應變關(guān)系、動剪切模量和阻尼比的影響，繪制了動剪應力—動剪應變關(guān)系骨干曲線和滯回曲線。進一步，基于動三軸試驗數(shù)據(jù)建立了描述黃河泥沙最大動剪切模量與圍壓、孔隙比關(guān)系的經(jīng)驗公式，并建立了動剪切模量比和阻尼比的數(shù)學模型。與其他土體相比，黃河泥沙的靜動力特性更接近于粉土和砂土，但同時也具有其特殊性。這表明黃河泥沙在路用性能上具有一定的優(yōu)勢，但需要考慮其獨特的性質(zhì)。針對黃河泥沙的液化特性，王鈺軻等［３８］ 基于動態(tài)三軸試驗，開展了一系列黃河泥沙的液化試驗，分析了黃河泥沙的動孔壓、動應變等指標，構(gòu)建了一種可以應用于黃河泥沙的孔壓預測模型，為路基工程抗震設(shè)計和動荷載作用下路基工程的設(shè)計和推廣應用提供了數(shù)據(jù)參考。對于黃河泥沙動強度指標的分析以及服役期長期沉降的預測，Ｃｈｅｎ 等［３９－４１］針對不排水狀態(tài)下黃河泥沙的動力特性開展了初步分析，探討了相對密實度、加載頻率、有效圍壓和循環(huán)應力比對黃河泥沙累積應變發(fā)展曲線的影響；基于安定理論和大周次循環(huán)荷載下的累積應變發(fā)展曲線數(shù)據(jù)，建立了考慮不同參數(shù)的黃河泥沙累積應變預測模型，對其長期循環(huán)服役參數(shù)進行了初步的分析。

黃河泥沙靜動力學特性的研究為發(fā)掘其作為路基填料的更大潛力提供了數(shù)據(jù)支撐，然而現(xiàn)有的研究局限于試驗部分，有關(guān)力學特性本構(gòu)模型的研究較少。已有研究中，Ｗａｎｇ 等［４２］ 基于臨界狀態(tài)概念，綜合考慮黃河泥沙的剪縮性、應變硬化特性和應力歷史依賴性等基本特性，結(jié)合改進的修正劍橋模型和分數(shù)階算法，建立了參數(shù)較少且易于獲得的黃河泥沙分數(shù)階塑性力學本構(gòu)模型。然而，目前有關(guān)黃河泥沙的本構(gòu)模型是在靜力框架下建立的，動力條件下的研究有待進一步開展，從而為后續(xù)路基工程的設(shè)計及穩(wěn)定性分析提供理論基礎(chǔ)。

總的來說，黃河泥沙巖土力學特性的研究驗證了其作為高速公路路基填料的可行性，為黃河泥沙資源化利用及開發(fā)提供了理論支撐和數(shù)據(jù)參考，但是目前的研究缺乏對實際工程的監(jiān)測數(shù)據(jù)及原位試驗分析過程。黃河泥沙因其顆粒特性和來源區(qū)域不同而具有獨特的物理和化學性質(zhì)，不同區(qū)域泥沙的特性差別較大，在沿黃公路建設(shè)過程中，為了減小施工成本，勢必會從鄰近河段取沙。現(xiàn)有研究只是對黃河中下游（鄭州段、引黃濟青段）泥沙進行室內(nèi)土工試驗和理論分析，證明其滿足作為路基填料的要求，對其他河段黃河泥沙應用于路基填筑是否可行也應當進一步研究。

３ 黃河泥沙資源化利用技術(shù)研究

隨著社會綠色環(huán)保理念和可持續(xù)發(fā)展政策的提出，黃河泥沙的資源屬性價值逐漸顯現(xiàn)。對于黃河泥沙的研究越來越全面、深入，同時基于土體改性技術(shù)的黃河泥沙資源化利用研究在全面展開?；瘜W改性、生物礦化和高聚物加固作為完全不同的土體改良技術(shù)手段，使得泥沙資源的研究利用框架更加立體。對于生物礦化技術(shù)改性黃河泥沙，目前停留在室內(nèi)試驗研究階段，黃河泥沙現(xiàn)場加固試驗及生物礦化技術(shù)加固黃河泥沙的工程實踐可行性研究工作還有待開展。

３．１ 化學改良

黃河泥沙的改性手段和資源利用缺陷的彌補一直是工程領(lǐng)域的重點課題。作為一種有價值的可利用資源和一種優(yōu)質(zhì)的礦產(chǎn)資源，黃河泥沙中還有一定數(shù)量的堿活性物質(zhì)，這些物質(zhì)具有一定的火山灰活性，與傳統(tǒng)的無機結(jié)合料（石灰和水泥）很少發(fā)生火山灰反應。但采用堿激發(fā)方法對黃河泥沙進行改性，黃河泥沙中的硅鋁成分可以有效地被利用，從而最終生成堿激發(fā)膠凝材料。

鄭樂［４３］ 提出Ｃａ（ＯＨ）２ 可以顯著提高黃河泥沙的抗壓強度，改性后主要產(chǎn)物為ＣａＣＯ３ 和無定型膠凝物質(zhì)。Ｌｉ 等［４４］ 在Ｃａ（ＯＨ）２活化黃河泥沙的基礎(chǔ)上摻入礦渣和粉煤灰，證實復合材料的強度滿足工程要求?；谟嘘P(guān)改性土的研究和應用［４５］ ，海然等［４６］ 研究了ＣａＣｌ２、ＣａＣｌ２與水玻璃復合激發(fā)劑對黃河泥沙活性的影響，結(jié)果證明了ＣａＣｌ２ 及其與水玻璃的復合激發(fā)劑均具有可以明顯改善黃河泥沙基生土砌塊力學性能的優(yōu)良性質(zhì)。劉俊霞等［４７］ 通過在黃河泥沙中添加無機膠凝材料、聚丙烯酸鈣和黃麻纖維，使黃河泥沙的力學性能得到改良。聚丙烯酰胺常被用于土體改良和土體加固［４８］ ，相比Ｃａ（ＯＨ）２ 和ＣａＣｌ２ 激發(fā)活化黃河泥沙，常溫條件下聚丙烯酰胺對黃河泥沙的固化是一種技術(shù)更簡單、成本更可控的方式。

堿激發(fā)活化黃河泥沙的研究證實了堿激發(fā)材料用于黃河泥沙化學改良的可行性，為了進一步研究堿激發(fā)方法的適用性，Ｊｉａｎｇ 等［４９］ 首次嘗試利用黃河泥沙制備堿活化粉煤灰泡沫混凝土，發(fā)現(xiàn)Ｃａ（ＯＨ）２含量的變化對混凝土的物理力學和結(jié)構(gòu)性能有很大影響，在合適濃度的Ｃａ（ＯＨ）２摻加下，使用黃河泥沙制備混凝土是可行的。除對黃河泥沙用堿激發(fā)方法改性外，還有學者研究了氯化鈣和草酸［５０］ 、磷酸［５１］ 活化黃河泥沙的方法。這些化學方法在黃河泥沙的活化改性中展現(xiàn)了良好的應用前景，通過選擇合適的激發(fā)劑和配比，可以有效地改善黃河泥沙的工程特性。

３．２ 生物礦化加固

生物礦化加固技術(shù)因其綠色環(huán)保的獨特屬性而在巖土工程界備受關(guān)注。生物礦化技術(shù)的主要原理是利用自然界中廣泛存在的生物體的代謝功能，通過與環(huán)境中的其他物質(zhì)發(fā)生一系列生化反應，最終使土體的物理力學性能和工程性質(zhì)得到一定程度的改善。微生物誘導碳酸鈣沉淀（ＭＩＣＰ）技術(shù)和脲酶誘導碳酸鈣沉淀（ＥＩＣＰ）技術(shù)是生物礦化加固技術(shù)的兩大分類，涉及的領(lǐng)域包括地基加固［５２－５３］ 、提高土體抗液化能力［５４－５５］ 、提高邊坡穩(wěn)定性［５６］ 、邊坡防蝕［５７－５８］ 等。生物礦化加固技術(shù)用于黃河泥沙加固處理的原理見圖１。ＭＩＣＰ 和ＥＩＣＰ 技術(shù)固化土體的過程和機制類似，ＭＩＣＰ利用產(chǎn)脲酶細菌水解尿素生成ＣＯ２－３ ，ＣＯ２－３ 與Ｃａ２＋ 結(jié)合生成碳酸鈣沉淀，與其不同的是ＥＩＣＰ 可以直接利用微生物代謝產(chǎn)生的脲酶或從植物中提取的脲酶水解尿素，與Ｃａ２＋結(jié)合生成碳酸鈣沉淀，從而將土顆粒膠結(jié)成一個整體，最終實現(xiàn)土體加固的目的［５９－６１］ 。

ＭＩＣＰ 技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，為黃河泥沙資源化利用提供了更為廣闊的技術(shù)背景。Ｗａｎｇ 等［６２－６３］ 采用ＭＩＣＰ 技術(shù)進行了一系列試驗，評估不同膠結(jié)液濃度、注漿次數(shù)和相對密實度對黃河泥沙固化效果的影響，基于無側(cè)限抗壓強度測試、碳酸鈣含量測定和掃描電鏡測試，驗證了選取合適的膠結(jié)液濃度和注漿次數(shù)可以有效改善黃河泥沙的力學性能。進一步， Ｗａｎｇ等［６４］ 對比了多相注入法和預混合法兩種ＭＩＣＰ 處理方法對黃河泥沙的適用性，發(fā)現(xiàn)預混合法的效率相對更高。

ＭＩＣＰ 技術(shù)處理黃河泥沙能夠有效改良黃河泥沙的工程特性，但產(chǎn)脲酶細菌的尺寸及好氧性會限制處理土體的類型和深度，造成ＭＩＣＰ 技術(shù)處理黃河泥沙強度不均勻的問題。而脲酶誘導碳酸鈣沉淀固化技術(shù)的原理是直接利用小尺寸的游離脲酶誘導ＣａＣＯ３ 沉淀，不容易發(fā)生堵塞，能更為高效地穿透更細顆粒的土體，且脲酶可以從植物中獲取。其中，大豆脲酶誘導碳酸鈣沉淀（ＳＩＣＰ）技術(shù)以大豆為脲酶獲取來源，在有效降低加固成本的同時，可以更為有效地加固細粒土［６５］ 。王鈺軻等［６６］ 為了更為深入地對比分析ＭＩＣＰ和ＳＩＣＰ 技術(shù)固化黃河泥沙的效果，考慮膠結(jié)液濃度和灌漿次數(shù)兩種因素同時開展了ＭＩＣＰ 和ＳＩＣＰ 技術(shù)加固黃河泥沙的試驗研究，結(jié)果表明，當膠結(jié)液濃度為１ ｍｏｌ／ Ｌ、灌漿次數(shù)為８ 次時，ＳＩＣＰ、ＭＩＣＰ 技術(shù)固化后試樣的抗壓強度達到最大，分別為９５４．６５、６７４．９８ ｋＰａ。宏微觀角度的分析均表明，ＳＩＣＰ 技術(shù)比ＭＩＣＰ 技術(shù)更適合加固黃河泥沙。在此基礎(chǔ)上，王鈺軻等［８］ 對ＳＩＣＰ 技術(shù)加固后的黃河泥沙的水穩(wěn)定性進行了深入研究，確定了ＳＩＣＰ 技術(shù)固化黃河泥沙的最優(yōu)工藝。

目前，對生物礦化技術(shù)改良黃河泥沙的研究主要集中在微觀加固機理［６７］ 、抗壓強度［６８］ 和耐久性［８］ 等方面，對于生物礦化加固技術(shù)處理后的黃河泥沙在路基工程應用的可行性還有待深入研究，室內(nèi)試驗取得的成果如何有效推廣到黃河泥沙的現(xiàn)場應用是實現(xiàn)黃河泥沙資源化的重點。

３．３ 機械粉磨

黃河泥沙中含有大量的石英、長石和云母等結(jié)晶性較好的礦物，黏土類礦物含量較少，因此黃河泥沙的膠凝活性較低。但經(jīng)過學者們大量的研究，證明了諸如石英和長石等低膠凝活性的礦物在經(jīng)過機械粉磨后能夠表現(xiàn)出一定程度的火山灰活性。張洪磊等［６９］ 采用機械粉磨對黃河泥沙進行活性激發(fā)，研究了隨機械粉磨時間的增長泥沙顆粒群特性和膠凝活性的變化，從顆粒群粒徑分布變化、礦物組成和晶體結(jié)構(gòu)等方面表征了黃河泥沙性能的變化且闡釋了活化機理，并利用灰色關(guān)聯(lián)度分析定量化表征顆粒粒徑分布的變化與活性指數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系。

相比于其他化學改良劑的活化方式，機械粉磨技術(shù)因操作簡單、能耗較小、節(jié)能環(huán)保而在低活性礦山尾礦和工業(yè)廢棄固體物處理中應用廣泛。對于黃河泥沙來說，機械粉磨對其活性指數(shù)有不小的提升，摻加機械粉磨處理后黃河泥沙膠砂試件的各項性能也有改善。但是黃河泥沙的典型特征是顆粒粒徑小，這極大影響了機械粉磨技術(shù)的效率。

３．４ 高聚物加固

高聚物是一類含有重復單元的高分子化合物，常溫下能黏附于土顆粒表面，使土體顆粒間相黏結(jié)。Ｗａｎｇ 等［７０］ 基于恒壓透水灌漿裝置，研究了注漿壓力、注漿時間和土體孔隙率對高聚物在土體中擴散效果的影響，為高聚物加固土體提供了數(shù)據(jù)參考。Ｒｅｚａｅｉｍａｌｅｋ等［７１］研究了高聚物摻量、試樣密實度、養(yǎng)護時間和環(huán)境對高聚物加固砂土效果的影響。此外，高聚物在土質(zhì)邊坡防護［７２－７３］ 、土體加固［７４］ 和路面修復［７５］ 等方面均取得了較好的應用成果。

高聚物在巖土工程領(lǐng)域應用前景廣闊，現(xiàn)有研究證實高聚物加固是一種有效的土體加固措施，但對高聚物改良黃河泥沙的強度特征研究較少。Ｗａｎｇ 等［７６］開展了滲透型高聚物加固黃河泥沙試驗，試驗結(jié)果顯示，在相同注漿壓力和養(yǎng)護周期下，使用高聚物加固的泥沙試件相較于其他傳統(tǒng)灌漿材料具有更高的強度，并且在經(jīng)過７ ｄ 水浸后，強度僅下降了１０．８７％，耐久性優(yōu)異。此外，高聚物在不同養(yǎng)護周期下對土體滲透系數(shù)的降低效果非常明顯，這表明高聚物作為一種新型土體加固材料，在提高黃河泥沙的穩(wěn)定性和耐久性方面具有巨大的應用潛力。

４ 結(jié)束語

變被動攔排為主動利用，是解決黃河泥沙淤積問題的重要途徑。在砂石資源嚴重短缺的背景下，為了解決黃河泥沙淤積問題，同時推進交通運輸行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，要從戰(zhàn)略上重新對黃河泥沙利用進行定位，在法律法規(guī)的約束下，確保防洪安全和生態(tài)安全的前提下，有序開采黃河泥沙，充分發(fā)揮黃河泥沙生態(tài)資源利用的價值?，F(xiàn)有研究成果表明黃河泥沙用于路基工程建設(shè)是可行的，繼續(xù)開展黃河泥沙在交通運輸工程應用的研究意義重大。關(guān)于黃河泥沙路用性能的探索，應當注意以下幾個方面。

１）系統(tǒng)分析不同來源區(qū)黃河泥沙的物化特性、力學特性和工程特性及工程適用性，進一步為黃河泥沙在路基工程的應用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐。

２）黃河泥沙的改性方法主要是摻加固化劑，其中生物酶類固化劑的應用已開展一定的研究但未真正應用于工程實際，下一步應開展生物礦化技術(shù)加固黃河泥沙現(xiàn)場試驗，對其耐久性進行驗證。

３）高聚物加固是一種較新穎的土體改良方式，應進一步研究不同高聚物摻量、養(yǎng)護時間、養(yǎng)護溫度和干密度等因素對改良黃河泥沙的應力—應變曲線、破壞形態(tài)和強度的影響規(guī)律，分析高聚物加固黃河泥沙的內(nèi)在機制。

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Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｙｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ Ｓｉｌｔ

Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｂｉｏｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［Ｊ］．Ｅｎ?

ｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０２３，８２（３）：８６．

［６４］ ＷＡＮＧ Ｙｕｋｅ，ＷＡＮＧ Ｇａｎ，ＺＨＯＮＧ Ｙａｎｈｕｉ，ｅｔ ａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ

ｏｆ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｎ Ｍａｃｒｏ?Ｍｉｃｒｏ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

ｏｆ Ｙｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ Ｓｉｌｔ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ＭＩＣＰ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｍａｒｉｎｅ

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［６７］ ＷＡＮＧ Ｙｕｋｅ，ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｈａｉ，ＣＨＥＮ Ｙｕｙｕａｎ，ｅｔ ａｌ．Ｅｘｐｅｒ?

ｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｂｉｏ?Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｒｅｄｇｅｄ

Ｙｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ Ｓｉｌｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｏｙｂｅａｎ Ｕｒｅａｓｅ Ｉｎｄｕｃｅｄ

Ｃａｌｃｉｕｍ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ［ Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２３，７５：１０６９４３．

［６８］ ＷＡＮＧ Ｙ Ｋ，ＣＨＥＮ Ｈ，ＣＨＥＮ Ｙ Ｂ，ｅｔ ａｌ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ

Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍａｃｒｏ?Ｍｉｃｒｏ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ Ｙｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ Ｓｉｌｔ Ｓｏ?

ｌｉｄｉｆｉｅｄ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｓｏｙｂｅａｎ?Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ

（ＳＩＣＰ） Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｍａｒｉｎｅ Ｇｅｏｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎ?

ｏｌｏｇｙ［２０２３－０５－１５］．ｈｔｔｐｓ：／／ ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０８０／１０６４１１９Ｘ．

２０２４．２３１８３９５．

［６９］ 張洪磊，曹明莉．機械粉磨對黃河泥沙顆粒群特性及膠

凝活性的影響［Ｊ］．材料導報，２０２４，３８（１３）：１４４－１４９．

［７０］ ＷＡＮＧ Ｙｕｋｅ，ＹＵ Ｂｏｗｅｎ，ＷＡＮ Ｙｕｋｕａｉ，ｅｔ ａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ

Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ

Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｉｎ Ｓａｎｄｙ Ｓｏｉｌｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ

Ｇｒｏｕｔｉｎｇ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉ?

ｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２，２１（４）：６１７－６３２．

［７１］ ＲＥＺＡＥＩＭＡＬＥＫ Ｓ，ＨＵＡＮＧ Ｊ，ＢＩＮ?ＳＨＡＦＩＱＵＥ Ｓ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ

ｏｆ Ｃｕｒｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｍｉｘ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｐｏｌ?

ｙｍｅｒ ｆｏｒ Ｓａｎｄ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａ?

ｔｅｒｉａｌｓ，２０１７，１４６：２１０－２２０．

［７２］ ＷＡＮＧ Ｙｕｋｅ，ＨＡＮ Ｍｕｓｅｎ，ＬＩ Ｂｉｎ，ｅｔ ａｌ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ

ｏｆ Ｅａｒｔｈ?Ｒｏｃｋ Ｄａｍ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ Ｎｅｗ Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ｐｏｌ?

ｙｍｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｍｅｔｈｏｄ ［ Ｊ］． Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ

Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０２２，３２０：１２６２９４．

［７３］ ＷＡＮＧ Ｙｕｋｅ，ＳＨＡＯ Ｌｉｎｌａｎ，ＷＡＮ Ｙｕｋｕａｉ，ｅｔ ａｌ．Ｔｈｒｅｅ?Ｄｉ?

ｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅａｒｔｈ?Ｒｏｃｋ Ｄａｍ

Ｓｌｏｐｅｓ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｗｉｔｈ Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ［Ｊ］．Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２０２３，７４：１０３５３７．

［７４］ ＡＬＭＡＪＥＤ Ａ，ＬＥＭＢＯＹＥ Ｋ，ＭＯＧＨＡＬ Ａ．Ａ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ

ｔｈｅ Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｉｎ Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ

ｔｈｅ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｓｏｉｌｓ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（Ｂａｓｅｌ），２０２２，

１４（２２）：５００４．

［７５］ ＱＩＮ Ｌ，ＧＵＯ Ｃ Ｃ，ＳＵＮ Ｗ，ｅｔ ａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ

ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ Ｓｈｅａｒ Ｂｏｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｎｏｎ?Ｗａｔｅｒ

Ｒｅａｃｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ

Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０２２，３３１：１２７３５１．

［７６］ ＷＡＮＧ Ｙ Ｋ，ＺＨＡＮＧ Ｌ，ＬＩＵ Ｍ Ｃ，ｅｔ ａｌ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ Ｓｔｕｄｙ

ｏｎ ｔｈｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ Ｓｉｌｔｙ?Ｆｉｎｅ Ｓａｎｄ

Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｂｙ Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ ａｎｄ Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ Ｇｒｏｕｔｉｎｇ

Ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］． Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０２４，

４１９：１３５４８５．

【責任編輯 張華巖】