冻融循环对钙剂改良土体分散性效果的影响

分散性土的水稳性极差,易形成管涌、洞穴、冲沟等破坏,季冻区土体在冻融循环过程所发生的冻胀融沉作用可能会增强土体的分散性。为了研究不同钙剂对土体分散性改良效果及冻融循环对改良效果的影响,先采用氧化钙和氯化钙两种钙离子剂对吉林西部地区分散性土体进行改良,确定最佳掺量后进行冻融循环试验;再分别通过分散性鉴定试验、无侧限抗压强度试验及微观结构试验探讨冻融循环对土体分散性改良效果的影响。试验结果表明,氯化钙对吉林西部土体分散性的改良效果优于氧化钙,氧化钙改良分散性土的最优掺量为1.6%,氯化钙改良分散性土的最优掺量为0.4%。冻融循环试验采用掺量为0.4%的氯化钙改良土。氯化钙改良土在经历不同次数的冻融循环后仍为非分散性土,其无侧限抗压强度在冻融循环次数0～5次有明显下降,但在冻融循环超过10次后下降趋势变缓且抗压强度基本保持在60 kPa;通过观察掺量为0.4%的氯化钙改良土在不同冻融循环次数的扫描电镜图像,推测冻融循环10次后其裂隙和孔隙的状态已趋于稳定。上述试验结果说明氯化钙可作为一种良好的改良剂对季冻区土体的分散性进行改良。     

基于黏性土分散机制的分散性土化学改性研究

分散性土具有遇水易分散的特性,可导致堤坝等水利工程的冲蚀破坏。基于黏性土分散机制的研究,选用AlCl3• 6H2O、MgCl2•6H2O、CaCl2及CaO作为分散性土的化学改性材料,采用针孔试验和碎块试验对其改性效果进行判别和比较。试验表明,上述改性材料均可将分散性土改性为非分散性土,显著提高土体的抗冲蚀能力。结果说明：在分散性土中掺加高价态阳离子的可溶性盐,通过置换土粒表面钠离子或降低土体碱性,减小颗粒扩散层的厚度,可抑制土体的分散性,从而达到改性的目的;根据黏性土分散机制以及改性试验结果,提出了分散性土化学改性的原则,即改性材料中含有高价态的可溶性阳离子,或改性材料呈酸性,且环境友好,价格低廉,施工方便。     

基于不同改性方法的分散性黏土处治试验研究

分散土的改性和利用是岩土工程的热点和难点问题,传统的方法是利用石灰改性,具有成本高、破坏环境等不利影响,亟需探索新的处治材料与技术。采用铝化合物和传统特殊土改性剂(石灰)分别对中国东北地区某均质大坝典型分散性黏土进行处治,研究不同类别、不同掺量的改性剂对分散性黏土物理化学性质、分散性及力学性质的影响,通过扫描电镜等微观试验,研究铝化合物改性分散性黏土的微观机制和改性机制。研究结果表明,当石灰掺量达到1%～3%、铝化合物掺量达到(2～4)×10~(-4) mol/g时,两者均具有较好的改性效果,且均能提高分散性黏土的抗剪强度;石灰对土样的颗粒组成没有显著影响,随着石灰掺量的增加,分散土的p H值增大,分散性得到有效抑制;在对土样产生团聚、胶结等作用方面,铝化合物可以改变土样的颗粒组成,能有效地降低土样的酸碱度,亦能达到优良的处治效果。与石灰改性分散性黏土相比,铝化合物具有环境友好、施工方便能够实现原位处治等优点,在实际工程中具有较高的应用价值。     

基于不同改性方法的分散性黏土处治试验研究

分散土的改性和利用是岩土工程的热点和难点问题,传统的方法利用石灰改性,具有成本高、破坏环境等不利影响,亟需探索新的处治材料与技术。采用铝化合物和传统特殊土改性剂（石灰）分别对中国东北地区某均质大坝典型分散性黏土进行处治,研究不同类别、不同掺量的改性剂对分散性黏土物理化学性质、分散性及力学性质的影响,通过扫描电镜等微观试验,研究铝化合物改性分散性黏土的微观机制和改性机制。研究结果表明,当石灰掺量达到1%～3%、铝化合物掺量达到(2～4)×10~(-4) mol/g时,两者均具有较好的改性效果,且均能提高分散性黏土的抗剪强度;石灰对土样的颗粒组成没有显著影响,随着石灰掺量的增加,分散土的pH值增大,分散性得到有效抑制;在对土样产生团聚、胶结等作用方面,铝化合物可以改变土样的颗粒组成,能有效地降低土样的酸碱度,亦能达到优良的处治效果。与石灰改性分散性黏土相比,铝化合物具有环境友好、施工方便能够实现原位处治等优点,在实际工程中具有较高的应用价值。     

改性纳米硅材料加固松散砂土的工程特性研究

为了改变松散砂土的低强度和低抗侵蚀性,本文以纳米硅材料为基础,采用聚丙烯酰胺类作为改性剂,对松散砂土进行加固研究。分别研究在不同浓度的纳米硅材料以及不同掺量的改性剂的共同作用下,加固松散砂土的无侧限抗压强度、抗剪强度以及其崩解特性的变化规律,并对其加固机理进行分析。试验结果表明,改性后的纳米硅材料对松散砂土的无侧限抗压强度、抗剪强度以及抗崩解能力都得到较大的提高。当纳米硅材料浓度一定时,砂土的抗压强度和抗剪强度随着改性剂掺量的增加出现先增大后减小的趋势;在纳米硅浓度20%、改性剂掺量0.2%时抗压强度达到最大值970 kPa;在纳米硅浓度20%,改性剂掺量0.3%时黏聚力和摩擦角分别为173.2 kPa和39.3°;在加固松散砂土的抗崩解试验中,当纳米硅浓度大于20%、改性剂掺量大于0.1%时,加固后的砂土在水中侵泡8 d后砂样的崩解率低于50%;当纳米硅浓度20%,改性剂掺量0.2%时,加固砂土不崩解。综合试验结果,建议纳米硅溶液的浓度在20%,改性剂的掺量为0.2%作为改性纳米硅材料加固松散砂土的最优配比。     

木质素加固黄土的工程性能试验研究

黄土的水稳性较差,遇水容易产生崩解破坏,可造成黄土地区建筑物失稳。采用无侧限抗压强度试验、湿化崩解试验、单轴拉伸试验、三轴压缩试验和渗透试验,对木质素磺酸盐固化黄土的工程性质进行试验研究,探讨木质素磺酸盐加固黄土的可行性。试验结果表明,木质素磺酸钙可以改善黄土的工程性能,而木质素磺酸钠则相反;随着木质素磺酸钙掺量的增加,固化土的抗压和抗拉强度先增加后降低;含水率越小,密度越大,则固化土的强度越大;随着养护龄期的增长,固化土的强度先增加,而后趋于稳定。黄土在掺入木质素磺酸钙后,黄土的崩解特性显著改善,在掺量为1.0%和养护龄期为7 d时,几乎不发生崩解。木质素磺酸钙掺入土体后,渗透性降低。研究表明,木质素磺酸钙可显著改善黄土的工程性能。在工程应用中,建议在黄土中掺加1.0%的木质素磺酸钙,养护7 d。结合扫描电子显微镜观察,进一步分析木质素磺酸钙对土体工程性能产生影响的作用机制。木质素磺酸钙加固黄土的机制主要在于胶结土颗粒与填充孔隙两部分。     

华南红层风化土崩解特性及其改性研究

红层风化土具有遇水崩解特性,水稳性较差,在华南湿热多雨的气候条件下,极易发生崩解破坏,故研究其崩解特性及其控制机理成为实际工程中关注的热点问题之一。针对当前对红层风化土崩解特性研究的不足,自行设计了一套崩解试验装置,开展了不同含水率及密实度条件下华南典型红层风化土的崩解试验,并从组分及组构的角度分析了红层风化土的崩解破坏机理,然后在此基础上,通过掺入高性能酯类材料进行土壤改性试验,探索了提高红层风化土抗崩解性的改性控制方法。结果表明:土体初始含水率愈低、密实度愈小,红层风化土的崩解性愈强,崩解速率愈快,破坏现象愈显著;崩解控制因素主要为土体矿物成分、化学成分、孔隙裂隙及胶结物特征等;高性能酯类材料可以增强土体颗粒间的胶结作用及团聚程度,从而提高土体的水稳定性,进而控制红层风化土的崩解特性。研究对揭示红层风化土遇水崩解特性及其崩解机理,并从土壤改性角度提高其抗崩解性具有一定参考意义。     

分散土分散性影响因素及其判别方法初探

分散土遇水分散的特性是造成分散土地区堤坝、渠道边坡、道路边坡被冲蚀和管涌破坏等的重要原因,开展土体分散性判别工作是分散土地区进行工程建设的重要前提。首先通过针孔试验、碎块试验等对分散土进行判别,随后基于扫描电镜、X衍射等试验,研究分散土的分散机制及微观结构,分析土体分散的主次要影响因素。针对标准吸湿含水率与土体矿物成分蒙脱石含量具有较强线性关系的情况,大数据总结典型分散性黏土的蒙脱石含量与pH值分布特点,提出基于标准吸湿含水率+p H值测试的土体分散性的综合判别法,并给出相应的判别指标及判别程序,最后采用工程实例进行了验证。结果表明：具有一定的蒙脱石含量以及较高的p H值赋存环境是土体具备分散性的物质基础和环境保障;若土体中的蒙脱石含量≥10%且pH≥8.5,则可判断为分散土;不在此区间的土料仍需采用土的分散性判别方法及野外调查结果来综合判断土的分散性。     

土体分散性综合判别方法探讨

分散性土具有抗冲蚀能力低、遇水易分散的性质，容易造成路基失稳、堤坝管涌等事故。通常采用双比重计试验、碎块试验、针孔试验和交换性钠离子百分比试验来判别土样的分散性等级。但由于我国分散性土研究时间较少尚未形成统一的标准，不同的鉴别试验往往出现不同的结果，同时各判别试验的等级划分也不完全相同，对土体的分散性等级不能做明确的判别。以吉林乾安地区土样为研究对象，在测定土体性质及矿物组成的基础上，采用不同试验方法对其分散性进行测试，并综合考虑土体性质与分散机理，分别赋予碎块试验、双比重计试验、针孔试验和交换性钠离子百分比试验不同的权重值，同时将碎块试验、双比重计试验、针孔试验方法中的土体分散性等级划分为高分散性、分散性、过渡性、非分散性4种等级。根据碎块试验、双比重计试验、针孔试验和交换性钠离子试验，对各分散等级赋予一定的分值，最后根据权重值和评分综合判定研究土样的分散性等级。该方法可为分散性土体的分散等级综合判定提供相应的借鉴与参考。     

引江济淮试验工程非膨胀土开发技术实验研究

引江济淮工程江淮沟通段非膨胀土资源紧缺,依托试验工程开展河道开挖弃渣弱膨胀土、崩解性砂岩资源化研究,开发非膨胀土生产技术。依据弱膨胀土降低含水率实验确定最优降低含水率工艺,利用崩解性粉砂岩天然含水率低、膨胀性弱且容易粉末化的属性,开发"原料弱膨胀土+崩解岩粉+改性剂(水泥)"复合改良非膨胀土。研究表明,使用农用旋耕机翻晒弱膨胀土具有更高的风干效率,水泥和工业盐作为外掺剂加速弱膨胀土风干的效果不明显;弱膨胀土掺入总量不超过30%的崩解岩粉作为改性土原料,可满足非膨胀土成品渗透性和压实性要求且能提高相关技术指标;原料弱膨胀土含水率与改性土压实度负相关,可通过增大压实功抵消不良级配对压实度的负面影响;改性土内水泥分布均匀性检测结果受取样间距影响,取样间隔不宜超过40 m,对应均匀度指标为0.7～0.8。     

马家树水库大坝防渗土料分散性判别和改性试验

基于分散性土修建挡水建筑物易受破坏而造成工程安全事故等因素考虑,开展双比重计试验、碎块试验、针孔试验、孔隙水阳离子试验和交换性钠百分比试验,对马家树大坝防渗土料的分散性及其改性措施进行研究。试验结果表明,马家树大坝防渗土料属于低液限黏土,易溶盐和饱和孔隙水溶液中含有大量的钠离子,酸碱度呈强碱性或极强碱性;土样中的黏土矿物主要以伊利石为主,含有少量的高岭石、绿泥石和蒙脱石;分散性试验综合判别土料属于分散性土和过渡性土;石灰剂量为0.25 %时就对分散性土产生显著改性作用。研究表明,黏性土产生分散性的主因是土体中含有较多的钠离子和酸碱度呈强碱性;石灰是一种有效的分散性土改性剂。     

纳米SiO2和石灰改良黄泛区粉土的力学特性研究

为探究纳米SiO₂和石灰对黄泛区粉土的改良效果,通过击实试验、无侧限抗压强度试验、扫描电镜试验和XRF试验等系列试验,研究纳米SiO₂和石灰掺量对黄泛区粉土压实性、抗压强度、水稳性等力学特性的影响,分析改良粉土的微观结构及固化机理。结果表明:纳米SiO₂改良土的最大干密度和最优含水率随纳米SiO₂掺量的增加而提高,纳米SiO₂改良土中掺加石灰会降低最大干密度,但会提高最优含水率;纳米SiO₂与石灰联合使用改良效果优于单独掺入纳米SiO₂,1.5%纳米SiO₂-2%石灰改良土的无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角提升最为显著;与素土和纳米SiO₂改良土相比,纳米SiO₂-石灰改良土的水稳性得到显著改善;在纳米SiO₂改良土中,纳米SiO₂主要起到填充土颗粒之间孔隙的作用,纳米SiO₂与石灰联合使用可在土中形成胶结物质、发挥黏结与填充作用、大幅提高土的强度。     

冻融循环对土体分散性的影响及微观机理分析

以吉林乾安地区土样为研究对象,通过对经历不同冻融循环次数的原始土样及改性后土样进行分散性测试和电镜扫描试验,利用MATLAB图像处理软件、CIAS裂隙定量分析程序对土样裂隙进行定量处理,探究循环冻融作用下土体分散性的变化规律与土体裂隙参数之间的关系及其微观机理。结果表明：(1)未经明矾处理的土样分散性随冻融循环次数的增加而增加,经明矾处理的改性土样在有限次(20次)冻融循环条件下分散性不发生变化;(2)冻融循环作用下结构单元体破碎,使土样中细粒含量增加从而使土体分散性增强,同时新形成的裂隙将土体切割成大小不一形状各异的块体,进而加剧了土体的分散性;(3)裂隙参数中,裂隙分形维数与土体分散性等级值相关性较好,裂隙率次之;(4)明矾中的铝离子替代了土颗粒表面的钠离子,增大了土颗粒之间的吸引力,从而降低了土体的分散性,且试样分散性受冻融循环条件的影响较小,因此明矾可作为一种良好的改性剂用于治理季冻区分散性土。     

崩解性砂软岩改良弱膨胀土性状实验研究

引江济淮河(航)道工程引江济巢段和江淮沟通段地层连续分布弱膨胀土和具有崩解性的砂软岩,为资源化利用河道开挖弃渣开发非膨胀土来源,实验研究利用崩解性软岩改良弱膨胀土的可行性。研究表明:崩解性砂软岩易粉碎、无膨胀性、天然含水率低,具备作为改性材料的条件;弱膨胀土掺入崩解性砂岩后其膨胀率、膨胀力、最优含水率与掺入量负相关,最大干密度、渗透系数与掺入量正相关;弱膨胀土掺入崩解性砂岩后其内摩擦角随掺量呈反S型曲线规律发展,黏聚力随掺量增加近似呈二次曲线规律衰减,掺量高于30%时,改良土的抗剪强度可能低于天然弱膨胀土;在砂岩掺量及粒径范围相同情况下,砂岩粗颗粒含量越高,改良土的黏聚力越高和摩擦角越低;砂岩改良土在干湿循环条件下的强度稳定性得到改善,且水化砂岩的改良效果优于机碎砂岩。以弱膨胀土改良后强度不损失为标准,确定砂岩合理掺量为30%,并须合理控制砂岩改良土施工过程中机碎砂岩中粗粒组的含量。     

掺灰膨胀土表面吸附试验及吸水性验证

利用水蒸气吸附仪对石灰改性膨胀土进行水蒸气吸附试验,得出随着掺灰量的变化,膨胀土的吸水性先减小后增大,且在掺灰量为6%处取得最小值。为了研究引起膨胀土吸水性变化的主要原因,再对改性膨胀土进行氮气吸附试验,从而分析掺灰膨胀土孔隙结构的变化。研究发现,随着掺灰量的增加,BET微孔比表面积呈折线形变化,且在掺灰量为6%时取得最小值;中孔的累积容积随着掺灰量的增大而减小;随着掺灰量的增加,中孔孔径先增大后减小,且在掺灰量为6%处取得最大值。膨胀土的吸水性与中孔孔径的变化成负相关,且膨胀土的最佳掺灰量为6%。     

黄土抗剪强度与耐崩解性能综合改良试验研究

为提高黄土高原治沟造地区挖填体力学特性与水稳定性,开展石灰、纳米二氧化硅、聚丙烯纤维和瓜尔豆胶改良黄土强度和崩解试验研究,对比分析其综合改良效果。结果表明:单一材料改良黄土性能仅在某一方面效果提升明显,如石灰和纳米二氧化硅显著提高黄土抗剪强度,提升幅度分别为36.3%~250.6% 与9.0%~99.7%;但在提升黄土耐崩解性能方面改良效果有限;2种材料仅延缓了黄土崩解时间,对最终崩解量无影响。聚丙烯纤维和瓜尔豆胶显著提升黄土的耐崩解性,如瓜尔豆胶可将黄土的崩解率降低至11.5%以下,而聚丙烯纤维改良黄土较素黄土的崩解率降低幅度为11.2%~51.9%;但2种改良材料提升黄土强度性能效果不佳,强度提高幅度仅为1.5%~22.9%和2.8%~15.6%。石灰混合聚丙烯纤维、纳米二氧化硅混合聚丙烯纤维2类复合改良材料既提高黄土耐崩解性、又能提高黄土抗剪强度,克服了单一改良材料对黄土强度与耐崩解性综合性能提高有限的短板,达到黄土综合性能提高的改良目的;其中9%石灰混合0.6%聚丙烯纤维、2%纳米二氧化硅混合0.6%聚丙烯纤维2种复合材料掺比改良效果最优,使改良黄土抗剪强度最高分别提高了109.8%和68.3%、崩解率分别降低了61.3%和49.8%。      

聚丙烯纤维加固膨胀土边坡稳定性分析

为提高膨胀土边坡稳定性,改善膨胀土力学性能,使用聚丙烯纤维对膨胀土进行改性。通过直剪试验计算出不同围压、不同聚丙烯纤维掺量改性膨胀土边坡的抗剪强度变化规律,并应用Geostudio软件中的极限平衡法对不同聚丙烯纤维掺量的膨胀土边坡进行分析。研究发现,聚丙烯纤维含量在一定范围内可有效提高膨胀土边坡抗剪强度,掺量0.14%的纤维土在直剪试验中表现出较好的抗剪性能,Geostudio极限平衡法分析结果显示,0.14%纤维土边坡稳定系数为2.431,较素膨胀土边坡稳定性系数提高0.591。建议采用掺量0.14%的纤维土加固膨胀土边坡。     

多因素影响下石灰固化盐渍土抗剪性能的试验研究

北方地区季节性的冻融作用影响固化土的强度及变形特性。以冻融次数、含盐量、改性聚乙烯醇掺量（SH固土剂）、石灰掺量、养护龄期及干密度为影响因素,经正交试验设计及三轴UU压缩试验,获取固化盐渍土冻融后的抗剪强度及应力-应变性能。试验表明:试样冻融后的抗剪强度与改性聚乙烯醇掺量、石灰掺量、养护龄期和干密度呈正相关,与含盐量呈负相关;干密度和含盐量为影响固化盐渍土的黏聚力和内摩擦角的主要影响因素,冻融后土的抗剪强度逐渐降低,但抗变形能力逐渐增强,试样呈“鼓”型或弱脆性破坏;抗冻融效果最好的条件为:0.9%改性聚乙烯醇掺量与14%石灰掺量、干密度1.70 g/cm3、养护28 d、含盐量1%和冻融循环3次。     

聚丙烯纤维加筋黄土抗侵蚀性能试验研究

以聚丙烯纤维加筋黄土在黄土边坡坡面防护中的应用推广为研究背景,探讨了聚丙烯纤维加筋黄土的抗侵蚀性能及坡面防护效果。基于室内试验,研究了纤维长度和纤维掺量对加筋黄土抗剪强度、抗崩解性和渗透系数的影响规律,并基于试验获得的加筋黄土最佳配合比,开展降雨冲刷模型试验。结果表明:聚丙烯纤维的掺入可有效提高黄土的抗剪强度和抗崩解性,随着纤维掺量的增加和长度的增长,加筋黄土的黏聚力和崩解速率均呈现出先减小后增大的变化趋势,当纤维长度为15mm、掺量为0.5%时,加筋土的抗剪强度和抗崩解性达到最优,相比于素黄土,加筋黄土的黏聚力提升了135.3%、崩解速率降低了91.7%;纤维的掺入提升了黄土的渗透系数,聚丙烯纤维加筋黄土的饱和渗透系数随着纤维掺量的增加而增大,随着纤维长度的增大而减小;聚丙烯纤维加筋黄土的坡面防护效果明显,当边坡坡比分别为1:1.5、1:1、1:0.75时,相比于无防护边坡,其冲刷速率分别降低了90%、90.4%和87.3%,累计冲刷量分别降低了85%、85.5%和83.6%。     

黏土掺入生物炭后的持水特性及其影响机制

生物炭具有疏松多孔、高比表面积和强吸附等特性,在土体改良以及修复受污染土体方面展现出应用潜力。添加生物炭可改善土体结构,进而增强土体持水特性等,其中,生物炭掺量和粒径对改良效果有较大的影响。为了研究生物炭掺量和粒径对生物炭?黏土混合土持水特性的影响,通过蒸汽平衡法控制土样的吸力,确定吸力平衡后土样的含水率和体积等,得到吸湿过程中不同生物炭掺量（0%、5%、10%和15%）、不同粒径范围（＞74、40～74、20～40 μm和＜74 μm）生物炭?黏土混合土在高吸力（3.29～286.7 MPa）范围的土?水特征曲线,并结合扫描电镜（SEM）和压汞（MIP）试验结果分析其微观孔隙结构。试验结果表明：（1）当掺入生物炭的粒径较小时,随着生物炭掺量的增加,土样的持水特性有较明显的提高,随着掺入生物炭粒径的增大,生物炭掺量对土样的持水特性影响不大。（2）当生物炭的掺量较少时,不同粒径生物炭?黏土混合土的土?水特征曲线基本相同,随着生物炭掺量提高,小粒径生物炭对混合土持水特性的影响逐渐显现。（3）由生物炭?黏土混合土微观孔隙结构的演变规律进一步阐释生物炭掺量、粒径对生物炭?黏土混合土持水特性的影响机制。