孔隙溶液对膨胀土力学性质影响

为研究孔隙溶液的浓度和组分对膨胀土力学性质的影响规律,对含不同浓度的Na Cl、Ca Cl_2溶液的膨胀土进行自由膨胀率试验和直剪试验。试验结果表明,随着溶液浓度的增大,自由膨胀率先快速降低,再平缓下降;浓度相同时含Na Cl溶液的膨胀土其自由膨胀率比含Ca Cl_2溶液的稍大,随着溶液浓度的增大,土样的剪切强度和黏聚力降低;溶液对内摩擦角的影响较小。分析试验结果认为,膨胀土表面具有固定的负电荷,颗粒表面会形成双电层;随着盐溶液浓度的增大,双电层厚度降低,颗粒间斥力减小,使得粒间应力增大,土颗粒沉降,降低了自由膨胀率;阳离子化学价越高,半径越大,对双电层的影响越显著,因此Ca Cl_2溶液比Na Cl溶液对自由膨胀率的影响更大。另一方面,盐溶液会改变膨胀土的结构,使其从集聚状变成絮凝状。盐溶液增大粒间应力,使膨胀土的强度增大,结构的改变会使强度降低,上述两种影响因素对强度呈相反的趋势,对该广西膨胀土,结构的作用超过了粒间应力的影响。     

阳离子交换量和盐溶液浓度对膨润土膨胀变形的影响

膨润土遇水产生的膨胀变形以及膨胀力是由于颗粒间的斥力引起的,而该斥力大小与土体的固定负电荷密度（采用阳离子交换量CEC来表征）以及孔隙溶液的浓度有关,已有的对膨润土膨胀变形研究多针对孔隙溶液而非土体的阳离子交换量。现以钠基膨润土为研究对象,采用Li+固定法来控制膨润土的固定负电荷密度,以达到降低膨润土阳离子交换量的目的,再采用Li Cl为盐溶液,获得了上述不同阳离子交换量的膨润土在不同浓度的盐溶液作用下的膨胀指数。结果表明：随着溶液浓度升高,土样的膨胀指数降低;当浓度小于1 mol/L时,下降较为显著,之后则缓慢降低;随着阳离子交换量的减少,土样的膨胀指数也呈降低趋势。这是因为土颗粒的阳离子交换量和溶液浓度是影响土样与孔隙溶液物理化学作用的决定性因素,阳离子交换量越小,浓度越高,土颗粒之间的斥力降低,土样的膨胀指数则会降低。采用考虑颗粒间物理化学作用的粒间应力来描述试验结果,表明对于该种膨润土来说,不同阳离子交换量以及不同盐溶液作用下的回弹变形和回弹应力几乎在一条曲线上,这也进一步验证了粒间应力在膨胀土模拟中的有效性和适用性。     

ISS对不同初始含水率膨胀土的改良效果研究

离子固化剂(ISS)对膨胀土改良后,膨胀土稳定性会改善。为了分析研究不同初始含水率的膨胀土经过ISS改良效果,进行了膨胀土改良前后的剪切试验、界限含水率试验和自由膨胀率试验。通过改良前、后土体的抗剪强度、塑限、液限、塑限指数、自由膨胀率的变化规律研究,得出膨胀土的初始含水率在11%～30%区间时,改良后土体的膨胀性得到了消除,抗剪强度得到了明显提高; 初始含水率不在11%～30%区间时土样改良后仍具有一定膨胀性,抗剪强度提高不明显。这是因为,当膨胀土烘干时,靠毛细吸力吸附的固化剂量不能与所有黏土颗粒进行反应; 当膨胀土饱和时,靠溶液渗透到膨胀土表面的固化剂也不能与所有黏土颗粒进行反应。该试验结果对膨胀土现场改良时含水率的确定具有重要的指导意义。     

泥岩地基中黏土矿物含量对高速铁路无砟轨道膨胀潜势的影响

为研究低黏土矿物含量泥岩地基中不同黏土矿物含量对高速铁路无砟轨道路基膨胀潜势、膨胀上拱变形量的影响,对既有规范针对无砟轨道膨胀土判定分级方面进行补充和完善,选取25处典型路基上拱病害段泥岩样进行X射线衍射实验,优化级配的自由膨胀率实验及阳离子交换量实验,采用主成分分析法（PCA）提取累计方差解释量90.098%进行降维分析,并结合实际工程进行等级区间划分。结果表明:PCA可排除各因子间的共线性对模型结果的影响,在统计意义的基础上采用三因子能够正确表征膨胀土膨胀潜势与微观因子间良好的线性关系;通过简化、优化物理指标得到的膨胀土膨胀特性判定指标F,与实际轨道上拱量的Person相关性提高至0.902;依据线路实际膨胀情况和F划分的膨胀等级区间较既有规范判定准确度明显提高。研究结果可为该高速铁路沿线膨胀土判别和灾害防治提供参考和理论支撑。     

盐溶液对石英粉-膨润土混合土渗透系数的影响与表征

采用变水头渗透试验对蒸馏水与不同浓度的NaCl、CaCl₂溶液下石英粉-膨润土混合土的渗透系数进行了测定,为探讨盐溶液及膨润土含量对混合物渗透系数的影响作用机理,使用核磁共振试验(MRI)、环境扫描电镜(ESEM)对混合物在不同盐度溶液下的孔隙分布特征进行分析。结果表明：在盐溶液作用下,石英粉-膨润土混合土的渗透系数明显增加,其孔隙分布也具有明显的差异。推断盐溶液对渗透系数的影响是由于混合土的孔隙变化引起的。最后利用黏粒孔隙比(e_b)的概念,建立了一种考虑盐溶液作用下石英粉-膨润土混合土渗透系数的表征公式,与已有预测公式相比,新建表征公式能够较好地预测盐溶液作用下石英粉-膨润土混合土的渗透系数。     

微生物诱导碳酸钙沉淀改性膨胀土试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀（microbial induced calcite precipitation,简称MICP）技术可能是有助于解决膨胀土胀缩行为的一种潜在方法。用细菌浓度和脲酶活性作为控制指标,研究了在不同培养条件下的巴氏芽孢杆菌的生长特性,确定了最有利于细菌生长的温度、pH和摇床震荡速率。用MICP技术对两种不同的膨胀土进行处治,通过比较处治前后土样的自由膨胀率、无荷膨胀率、黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度等物理力学指标,验证处治效果,从微观角度解释了改性膨胀土的作用机制。结果表明：培养温度为30℃、pH为7、摇床震荡速率为200 r/min时,最适宜细菌生长。MICP处治后的膨胀土自由膨胀率和无荷膨胀率均有明显下降,黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度均有明显增强,MICP过程中生成的碳酸钙起到了孔隙填充和土颗粒胶结作用,同时钙离子对低价阳离子的置换和碳酸钙对土颗粒的包裹效应,共同作用改善了膨胀土特性。研究可为微生物处治膨胀土技术和工程应用提供参考。     

溶液矿化度及加量对钠-蒙脱石晶间距的影响研究

自来水引起的钠-蒙脱石黏土矿物晶间距增量大于不同矿化度的KCl、NaCl、CaCl2溶液,在水中加入不同类型的盐有助于稳定钠-蒙脱石黏土矿物,抑制黏土矿物晶间距扩展。不同类型、不同矿化度盐溶液引起的钠-蒙脱石黏土矿物晶间距增量不同,比较KCl、NaCl、CaCl2 3种溶液,KCl溶液引起的晶间距变化量最小,在饱和KCl溶液作用下,钠-蒙脱石黏土的晶间距变化量仅1.32%。钠-蒙脱石与不同类型溶液接触,随溶液加量增加,晶间距增量逐渐减小并逐渐趋于稳定。钠-蒙脱石的水化膨胀量与溶液总加量无直接关系,当黏土矿物浸泡在水溶液中时,晶间距不会随着水的总量增加而无限扩展。钠-蒙脱石与加量相同的不同类型溶液接触时,晶间距随接触时间增加呈复杂指数函数变化,表现出在初期突变增大并很快趋于稳定的特点。     

碱性溶液饱和高庙子钙基膨润土膨胀特性及预测

建设高放废物地质处置库需要大量混凝土,而放射性核素衰变释放的大量热量会加速水泥老化,产生的碱性孔隙水会对膨润土的缓冲性能产生不利影响。以高庙子(GMZ)钙基膨润土为试验材料,选用NaOH溶液模拟碱性孔隙水,利用自主研制的耐腐蚀固结仪,完成不同浓度和不同干密度下的膨胀力实验。结果表明,在相同浓度碱性溶液饱和后试样的最终膨胀力随初始干密度的增大而增大;初始干密度相同时,低浓度碱性溶液对膨润土膨胀力有强化作用,高浓度碱性溶液对膨润土膨胀力有弱化作用;在0.3、0.5、1.0 mol/L NaOH溶液环境下试样的膨胀力在达到最大值后会出现下降,膨胀力衰减的程度与溶液浓度有关而与干密度无关。通过X射线衍射试验(XRD)分析矿物成分和晶层间距得到,蒙脱石含量和方英石含量随碱溶液浓度升高而降低,长石含量随着碱溶液浓度升高而上升;NaOH溶液会使钙基膨润土钠化,钠化程度受溶液浓度影响。最后利用蒙脱石孔隙比的概念,对试样的蒙脱石孔隙比和最终膨胀力结果在双对数坐标系中线性拟合,给出预测碱性溶液饱和钙基膨润土膨胀力的表达式。     

离子固化剂改性蒙脱土水合-孔隙关联演化机制

以天然钙蒙脱土为研究对象,采用不同浓度的离子固化剂对其进行改性处理,开展素土与改性蒙脱土在相对湿度（P/P0）0～0.95区间的水汽等温吸-脱附试验,通过吸附速率曲线、晶层间距d001值变化曲线分析蒙脱土水合机制,并采用蒙脱土孔隙比变化曲线关联分析水合-孔隙演化规律,提出不同尺度孔隙吸附水的界限相对湿度区间。在此基础上,基于X射线衍射(XRD)、氮气吸附以及压汞试验对离子固化剂改性蒙脱土水合过程的孔隙分布特征进行验证分析。试验结果表明：对于钙蒙脱土,00.8～0.9时,黏土颗粒表面持续吸附弱结合水,此时大孔内逐渐充填水分。离子固化剂通过改变蒙脱土的微观物理化学性质（阳离子与晶层基面）调控其吸附水特性,进而影响不同尺度孔隙的吸附水过程。     

膨胀土在不同约束状态下的试验研究

用环刀取样，在不同约束压力下进行膨胀力和膨胀率试验，发现约束压力对膨胀土膨胀性有很大的影响，且压力越大，膨胀性越小。在此基础上，还设计了膨胀土的3种不同约束状态下的试验：（1）土样周围与上下端都有约束；（2）土样周围与下端约束而上端自由；（3）土样周围约束而两端自由。试验结果表明，不同的约束状态对膨胀土的含水率、密度、孔隙比和抗剪强度等物理力学性质指标有显著影响，且两端无约束的膨胀土吸水膨胀后，含水率接近其液限，膨胀土最容易沿无约束面发生膨胀变形。试验结果对膨胀土的治理具有重要的指导意义。     

合肥,南京粘土的胀缩特性

合肥、南京粘土中粘土矿物均以伊利石为主,含有较多的蒙脱石—伊利石混层矿物,高岭石含量少于10％。硅铝率2.35—2.91,pH为7.4—7.7,粘粒组含量都大干30％。根据天然含水率下的膨胀率、膨胀力值划分,两地粘土均为非膨胀土。而按自由膨胀率与塑限、液限综合关系划分,合肥粘土属弱—中膨胀土;南京粘土仍属非膨胀土.造成这种差异的原因是试验所用的试样状态不同之故。同一试样测了原状土天然含水率、缩限状态下的膨胀率以及重塑样的膨胀率,所得膨胀率差异很大,原状样缩限状态下膨胀率最高,天然含水率下膨胀率最低,重塑样天然含水率的膨胀率居二者之间,说明土的含水状态及结构联结对土膨胀性的影响很突出。收缩性按线缩率及体缩率划分,除合肥粘土中有中—强收缩性外,均为弱收缩性。在天然含水率下收缩性强于膨胀性。胀缩性均具各向异性,水平方向强于垂直方向。影响胀缩性的主要因素是含水率、粘粒含量、Fe_2O_3含量、孔隙比及塑性指数。     

硫酸钠溶液的盐胀与冻胀

为探讨硫酸钠盐渍土产生盐胀与冻胀的机理,研究了硫酸钠盐溶液在温度变化时的盐胀和冻胀的特征和规律性.针对不同浓度的硫酸钠盐溶液,在不同温度下的体积变化进行了观测.通过试验,定量分析了不同浓度的硫酸钠盐溶液在温度降低过程中,其盐胀率在一定的温度范围内随温度的变化规律;尤其是在负温区间,不同浓度的硫酸钠盐溶液冻胀率随着温度的变化规律.试验表明,硫酸钠盐溶液的盐胀必须具备一定的浓度条件,否则无结晶盐析出,无盐胀产生,并且低于这个浓度的所有盐溶液随着温度的降低将一直处于冷缩状态,直到冻胀产生.比较了不同浓度溶液的盐水比和结晶盐的盐水比,不同浓度的盐溶液其体积膨胀率(盐胀率与冻胀率之和)不同,硫酸钠盐具有一定的抑制冻胀的作用.     

盐溶液中膨润土膨胀变形的分形模型

当压实膨润土在蒸馏水中膨胀后,施加于膨润土颗粒上的有效应力通常被认为是外部施加的荷载,而当膨润土在盐溶液中膨胀时,膨润土颗粒所承受的有效应力还包括由孔隙水渗透吸力所引起的渗透应力。而压缩膨润土的蒙脱石孔隙比e_m与膨润土颗粒承受的有效应力p之间满足分形关系,该关系可用来计算膨润土的膨胀变形。通过对压实膨润土在盐溶液中颗粒的分散情况以及颗粒表面的分形特性,推导出该渗透应力的表达式,进而得出膨润土颗粒所承受的有效应力。将所提出的有效应力代入分形模型中,计算GMZ01和MX-80膨润土在不同浓度NaCl溶液中的膨胀变形,将现有的两种膨润土膨胀试验结果与模型计算结果对比,发现具有较好的吻合度,在蒸馏水以及各浓度的盐溶液中膨润土的膨胀变形都可采用统一的e_m-p曲线表示,表明提出的有效应力符合膨润土颗粒在盐溶液中的实际受力情况。分形模型为研究膨润土在盐溶液中的膨胀性质提供了有效的计算方法。     

冻融循环下钢渣粉水泥改良膨胀土室内试验研究

膨胀土遇水膨胀失水收缩,是一种不良的工程地质土体。本文采用水泥、钢渣粉和NaOH改良膨胀土,对其经受不同冻融循环作用次数的冻融循环试验,并将冻融试验后的改良膨胀土及未改良膨胀土进行体积、自由膨胀率、无侧限抗压强度等物理力学性质测试,同时进行微观电镜扫描分析,研究冻融循环作用下钢渣粉水泥改良膨胀土的物理力学特性变化规律。试验结果表明,在冻融循环作用下,改良后的膨胀土与未改良膨胀土相比,体积变化率明显降低。随养护龄期的增长,改良后的膨胀土在冻融循环作用下体积膨胀变小,随冻融循环次数的增加,体积变化率趋于平稳,自由膨胀率降低。冻融循环作用下,钢渣粉水泥改良膨胀土(ES-SSP-C)试样的无荷膨胀率较低,改良后的膨胀土较未改良膨胀土具有较好的抗膨胀性能,掺NaOH活性激发剂的钢渣粉水泥改良膨胀土(ES-SSP-C-SH)抗膨胀性能效果最为明显。     

膨胀土的电导率与膨胀性的关系研究EI北大核心CSCD

膨胀土是一种高塑性、强亲水的黏性土。由于黏土矿物含量较高,膨胀土颗粒的交换阳离子含量也较高,总比表面积较大,在电导率测试指标上反映是膨胀土的导电性随膨胀性的增大而增强。选取强、中、弱3种不同膨胀等级的代表性试样,采用无电极电阻率测定仪和便携式电导率探头,测试了膨胀土泥浆和孔隙水溶液电导率测试,采用原子吸收光谱仪检测了膨胀土孔隙水溶液中的离子种类、含量等。研究表明,膨胀土孔隙水溶液的导电性与膨胀土泥浆的导电性均随膨胀性增大而增大,膨胀土的电导率和自由膨胀率具有良好的线性关系,工程中可以利用这一原理进行膨胀土的快速判别。     

壁画地仗中盐分的毛细输送机制研究

设计了专门的毛细水输盐模拟试验装置,在精确控制温度、湿度和供水水头的情况下,监测不同孔隙溶液在含盐及脱盐澄板土地仗中的毛细迁移特征。水盐迁移前后,测定模拟地仗的导热系数、孔隙半径变化,从微观角度判断外来盐分及地仗内存在的盐分对地仗盐害的贡献。试验结果表明,溶液毛细迁移速率由大到小排列为KCl与Na_2SO_4混合溶液KCl溶液Na_2SO_4溶液H_2O。毛细上升速度随着试样高度的增加逐渐减慢,而且脱盐澄板土中的毛细上升速率大于天然澄板土中的速率。孔隙溶液电导率随试样高度增加呈递增趋势,且天然澄板土试样的电导率普遍高于脱盐澄板土。试样的导热系数随高度的增加出现先减小后增加的总体趋势。脱盐澄板土与天然澄板土相比,孔径分布密度偏向小孔径方向;当迁移溶液为混合盐时,孔径分布较单一盐溶液时集中。模拟试验结果发现,毛细输送的外来盐分(特别是硫酸盐和氯化物复合盐)造成的土体盐胀破坏比土中既有盐分更加显著,说明控制降水入渗引起的化学淋滤作用对预防顶层洞窟壁画盐害具有重要意义。     

膨胀土的电导率与膨胀性的关系研究

膨胀土是一种高塑性、强亲水的黏性土。由于黏土矿物含量较高,膨胀土颗粒的交换阳离子含量也较高,总比表面积较大,在电导率测试指标上反映是膨胀土的导电性随膨胀性的增大而增强。选取强、中、弱3种不同膨胀等级的代表性试样,采用无电极电阻率测定仪和便携式电导率探头,测试了膨胀土泥浆和孔隙水溶液电导率测试,采用原子吸收光谱仪检测了膨胀土孔隙水溶液中的离子种类、含量等。研究表明,膨胀土孔隙水溶液的导电性与膨胀土泥浆的导电性均随膨胀性增大而增大,膨胀土的电导率和自由膨胀率具有良好的线性关系,工程中可以利用这一原理进行膨胀土的快速判别。     

干湿循环条件下木质素改良膨胀土胀缩特性

实地调查发现河南省南阳市南阳盆地周边受持续降雨、干旱极端气候影响,出现了房屋破坏、边坡失稳等膨胀土灾害问题,危害人民财产生命安全。以南阳盆地弱膨胀土为研究对象,通过自由膨胀率试验,研究木质素磺酸钙改良弱膨胀土的最佳掺量问题,并在最佳掺量的基础上对试样进行无荷膨胀和收缩试验,进一步研究干湿循环条件下木质素磺酸钙对弱膨胀土胀缩特性的影响,结合试验过程中试样的裂隙发展规律,探究干湿循环条件木质素磺酸钙改良弱膨胀土胀缩特性的原因。试验结果表明对于弱膨胀土,木质素磺酸钙掺量在0.75%、养护天数14 d时改良效果最佳,此时改良土自由膨胀率最低。干湿循环条件下的无荷膨胀和收缩试验数据显示改良前后弱膨胀土绝对膨胀率最高由29%降至3%,绝对收缩率最高由17%降至2%,改良土相对膨胀率与相对收缩率基本不随干湿循环次数发生变化,说明木质素磺酸钙可以有效降低干湿循环过程中弱膨胀土的胀缩形变,保持干湿循环过程中弱膨胀土胀缩特性的稳定,且木质素磺酸钙的改良效果不受干湿循环次数的影响。对比未改良土与改良土裂隙发展规律,木质素磺酸钙在弱膨胀土中主要起到抑制裂隙发育,提高土体胶结能力的作用,使土体形成更致密的结构,...     

换填黏性土料工程特性试验研究

南水北调中线一期工程总干渠膨胀岩（土）试验段工程潞王坟段的渠坡处理方式之一是换填黏性土料处理措施,通过开展物理性试验、击实试验、膨胀特性试验和原位测试等来了解换填黏性土料的工程特性。研究表明：（1）换填黏性土料颗粒组成差异较大,以砂粒和粉粒为主,其次为砾,黏粒和胶粒成分较少,其级配一般;（2）轻型击实条件下,换填黏性土料最优含水率为17.7 %,对应的最大干密度为1.71 g/cm3;重型击实条件下,换填黏性土料最优含水率为18.4 %,对应的最大干密度为1.87 g/cm3;（3）换填黏性土料的相对密度为2.7,液限在37.6 %～38.7 %之间,塑限在17.1 %～19.2 %之间,塑性指数在19.4～21.2之间,属于低液限黏土;（4）当取样深度在0.0～3.5 m之间时,换填黏性土料的自由膨胀率在40.0 %之内,无膨胀潜势;当取样深度在3.5～4.5 m之间时,换填黏性土料的自由膨胀率在42.0 %～76.0 %之内,具有中弱膨胀潜势;（5）换填黏性土料的旁压模量 、侧胀模量 随深度变化不明显,当含水率变化时有部分成果有随含水率增加而模量参数降低趋势。该成果为换填黏性土料在南水北调中线一期工程总干渠膨胀岩（土）试验段工程中的应用提供了科学依据。     

掺粉煤灰-石灰对膨胀土胀缩性的影响试验研究

本文探讨利用粉煤灰、石灰-粉煤灰作为添加剂改良合肥膨胀土的可行性与改良效果。试验研究了粉煤灰、石灰-粉煤灰掺合物对膨胀土的胀缩性的影响以及养护作用对改良膨胀土胀缩性的影响。研究结果表明,随着掺灰率的增加,膨胀土的自由膨胀率、膨胀量、膨胀力与线缩率呈减小趋势,这说明掺粉煤灰可有效降低膨胀土的胀缩性。经过一定龄期养护后的击实样的膨胀试验结果表明,随着养护龄期的加长,膨胀土的膨胀量与膨胀力都有一定降低。