石灰-红黏土互损行为与偏高岭土减损机制

红黏土成团现象突出,导致石灰处治红黏土时难以拌和均匀;同时,红黏土呈弱酸性,石灰与黏土会发生互损作用,最终影响处治效果。首先,从水分子与黏土矿物的电荷分布特征角度,解释了红黏土呈弱酸性的原因;然后,通过酸、碱溶液浸泡石灰处治红黏土,模拟石灰-红黏土的互损行为;最后,提出应用偏高岭土抑制"石灰-红黏土"互损的方法。为此,选择两种团粒尺寸的红黏土,掺入不同比例的偏高岭土和石灰,并评价其无侧限抗压强度。结果表明,与仅用石灰处治的红黏土相比,掺入偏高岭土过多或过少都不利于其强度提高,掺量为5%效果最佳,验证了偏高岭土抑制"石灰-红黏土"互损行为的可行性。偏高岭土与石灰快速反应,不仅生成了以离子键结合的硅、铝酸胶结物,还生成了以共价键结合的网状胶结物,而且后者具有明显的抗酸侵蚀能力,从而解释了偏高岭土能够减少石灰-红黏土互损的内在原因。     

重塑石灰土的力学特征与性能劣化机制分析

石灰土在公路等工程中应用很广泛,随着公路改扩建等工程的迅速增多,面临如何处理与利用废弃石灰土的难题。通过对比分析素土、石灰土、重塑石灰土的压缩、强度等力学指标,探讨重塑石灰土的力学特征。结果表明,重塑石灰土压缩系数与石灰土相比提高了2～3倍,无侧限抗压强度损失了30%～40%,内摩擦角增大了1.2倍,黏聚力降低了40%。提出用劣化系数评价重塑石灰土的力学特性劣化程度,并从石灰处治红黏土的团粒化、碳化、灰结机制等角度分析了重塑石灰土性能劣化的本质原因。与素土相比,石灰土的黏粒（d <0.002 mm）含量减少而粗粒（d >0.074 mm）含量增加,从而提高了石灰土的内摩擦角。但重塑过程则破化了石灰土中的胶结结构致使重塑石灰土的黏聚力降低,从而影响重塑石灰土的其他力学性能指标。     

偏高岭土协同石灰抑制红黏土收缩的行为与机制

红黏土失水易收缩开裂而诱发工程灾害,为抑制或缓减红黏土的收缩特征,添加4%偏高岭土和5%石灰改善其水敏性。按照最优含水率制备压实试样,养护180 d后抽真空饱和,脱湿到预定含水率,随后开展收缩、无侧限抗压强度、吸力和孔隙分析等试验。结果表明,压实红黏土随着含水率降低,其无侧限抗压强度呈现先增大后减少的变化规律,这是脱湿导致的红黏土衍生微裂隙,进而引起结构性损伤所致。红黏土掺入石灰,尤其是掺入石灰-偏高岭土后,虽然脱湿也会引起强度减小,但接近完全干燥时,其强度又会增大。由此说明,偏高岭土协同石灰可以更加有效地抑制红黏土收缩效应,提高其整体强度。究其原因,是偏高岭土含有大量无定形硅、铝氧化物,且呈现边-面“搭接”的独特结构形态,使其能够快速捕获氢氧化钙溶液中的钙离子,在红黏土团（颗）粒间形成了胶结性水化物。     

纳米碳酸钙影响下红黏土强度特性试验研究

为了探寻纳米碳酸钙对桂林红黏土力学强度特性的影响机理,利用TSZ-1型三轴试验仪进行不固结不排水三轴压缩试验,分析了在不同干密度条件下各梯度纳米碳酸钙掺量对重塑红黏土黏聚力、内摩擦角、抗剪强度以及应力-应变曲线的影响,从红黏土矿物颗粒胶体化学的角度阐释纳米碳酸钙对红黏土力学强度的影响机理,研究结果表明:随着纳米碳酸钙掺量增加,红黏土黏聚力、内摩擦角以及抗剪强度呈现先减小后增大的趋势;纳米碳酸钙的掺入改变了原有的介质电荷pH值,使得红黏土原有的氧化铁胶结吸附平衡发生改变,形成新的钙质胶结团粒,改变了红黏土的强度特性;加入纳米碳酸钙后起始干密度为1.4g ·cm-3的重塑红黏土样应力-应变曲线由弹性理想塑性型变为应变硬化型。     

纳米氧化硅充填红黏土团粒内孔隙的收缩响应

红黏土易失水收缩开裂,不仅降低了其整体强度,还为雨水入渗提供了通道,加剧了其承载能力的弱化。因此,如何抑制红黏土收缩,成为解决问题的关键。纳米氧化硅颗粒尺寸极其细小,隶属纳米范畴。充分发挥纳米氧化硅的尺寸优势,以期纳米氧化硅微粒能够进入红黏土团粒内,抵抗红黏土的失水收缩行为。为此,选用不同干质量掺入比（纳米氧化硅:红黏土分别为0:100、2:100、3.5:100、5:100、6.5:100）,将纳米氧化硅混入红黏土后压实成型（干密度1.44 g/cm3和1.46 g/cm3）。比较压实红黏土-纳米氧化硅混合物的收缩特性与孔隙分布情况。试验发现,纳米氧化硅可以抑制红黏土的收缩行为;而且随着掺入量增加,其缩限值也逐渐提高。红黏土-纳米氧化硅混合物的表观形貌照片显示,纳米氧化硅掺量大于5%时,红黏土团粒内孔隙赋存有大量纳米氧化硅颗粒。同时,孔隙分布曲线还表明,分布于孔径0.03 ?m的孔隙明显减少,说明纳米氧化硅主要充填孔径大于0.03 ?m的孔隙。纳米氧化硅改善红黏土的收缩性属于物理方法,有别于石灰处治等化学方式,更具有环境友好的潜在优势。     

偏高岭土协同石灰钝化红黏土水敏性的机制

红黏土水敏性强,添加石灰等碱性材料处治后,能获得即刻的改良效果,但由于红黏土呈弱酸性,石灰改良后其长期性能会衰减。为提高石灰稳定红黏土（简称La+L）的长期性能,添加偏高岭土（4%）协同石灰（5%）稳定红黏土（简称La+L+MK）,改善其水敏性和酸?碱互损作用。制备8种初始含水率的压实试样（初始孔隙比相同）,养护到预定时间后开展无侧限抗压强度试验,同时,测定试样的钙离子浓度、电导率和pH值。结果表明：初始含水率为26%左右时,改良土的无侧限抗压强度最高,初始含水率偏高或偏低都不利于改良土的强度增长。究其原因,试样偏干时,缺少水分,石灰水化不充分,不能形成游离态钙离子,无法进行火山灰反应,颗粒之间无法形成胶结;试样偏湿时,火山灰反应形成的胶结强度不及过量水分引起的基质吸力丧失量。试样的钙离子浓度和电导率变化规律,证实了以上原因解释的猜想。当然,添加偏高岭土后,能够显著改善偏湿状态下的石灰土强度。即使浸水饱和后,相对石灰改良土,也能够保持较高的强度,充分证明偏高岭土能够有效降低石灰土水敏性,提高其耐久性。偏高岭土直接提供了大量硅、铝氧化物,且将土体pH值降到有利于硅、铝氧化物溶解的碱性范围,加速火山灰反应,缓减或抑制石灰?红黏土的互损作用。     

粉煤灰和二灰对桂林红黏土力学性质的影响

为了研究粉煤灰和二灰掺量及养护时间对桂林红黏土的改良效果,进行了直剪试验、固结试验以及电镜扫描试验。试验结果表明,粉煤灰的掺入提高了红黏土的抗剪强度,但超过一定量（18%粉煤灰掺量）反而会降低红黏土黏聚力,各掺量粉煤灰红黏土随养护龄期的延长,抗剪强度呈先增后缓趋势。二灰改良红黏土,在早期强度剧增,且强度随养护时间增长而大幅增加,一定龄期内,二灰红黏土黏聚力随二灰掺量呈先增后减趋势。粉煤灰和二灰的掺入均增大了红黏土的压缩模量,且随养护时间的延长而逐渐增大。红黏土中随粉煤灰、石灰的加入,发生一系列物理化学反应,从微观结构分析得知土中孔隙减少,结构性较素红黏土好。     

考虑干湿循环路径的石灰改性红黏土路用性能试验研究

红黏土是一种对环境湿、热变化敏感的高塑性黏土,用作路基填料时,为改善其路用性能,并延长路基使用寿命,工程中通常掺入一定剂量的石灰对其进行改性。在地下水、降雨入渗和蒸发等自然营力作用下,运营期间路基土的含水率反复变动会对其工程特性产生一定影响。采用两种与实际工况接近的典型干湿路径,开展红黏土及其石灰改性土的强度和变形特性对比试验研究。试验结果表明：均匀干湿循环作用下,石灰改性土的黏聚力减小,内摩擦角小幅度增大,抗剪强度略高于红黏土,改性效果不明显;定向干湿循环作用下,石灰改性土的收缩裂缝较少,强度和变形参数均显著提高,路用性能得到明显改善。     

冻融循环对青藏红黏土物理力学性质影响试验研究

以红黏土为研究对象,使土样在封闭系统下进行不同次数的冻融循环作用,对冻融循环后的冻结土样进行粒度成分和物理力学性质测试,研究不同次数冻融循环作用下冻结红黏土粒度成分和物理力学性质的变化规律。结果表明：粉粒组和黏粒组质量含量受冻融循环作用次数影响较大。红黏土中颗粒在前10次冻融循环过程中向粒径小于0.001 mm及粒径在0.01~0.05 mm范围富集;冻融循环10次之后,随冻融循环次数的增加,粒径范围在0.002~0.005 mm的土颗粒含量明显增加,粒径范围在0.01~0.05 mm的土颗粒含量明显减小,其他粒径范围的土颗粒含量基本不受冻融循环次数的影响。红黏土的液、塑限大体上随冻融循环次数的增加而增加。冻融循环作用对红黏土等效黏聚力强度影响较明显,冻融循环作用10次以内红黏土等效黏聚力强度变化较大,在红黏土地区新修路基应考虑冻融循环作用引起的附加沉降影响。建议采用维亚洛夫或吴紫汪长期强度预报方程预测红黏土长期等效黏聚力强度。     

红黏土工程性状的干湿循环效应试验研究

为研究湿热多雨气候条件诱发的干湿循环过程对红黏土长期性能的影响规律,对制样过程中干湿循环含水率变化幅度控制技术进行改进,制备不同干湿循环次数以及含水率变化幅度试样。利用固结排水三轴剪切与压缩试验,研究了干湿循环次数与干湿循环含水率变化幅度对压实红黏土工程性状的影响规律。结果表明,压实红黏土的黏聚力 与内摩擦角 均随干湿循环次数 的增加而衰减,首次干湿循环之后衰减效应最显著,其后较弱并趋于稳定, 的衰减程度小于c,且在低围压下的抗剪强度随干湿循环衰减更加显著;压缩模量E1-2随N的总体衰减规律与强度参数类似,但衰减幅度小于c而大于 ;随着干湿循环含水率变化幅度增大,压实红黏土c与E1-2略有减小, 基本不变,压实红黏土含水率在 4%变化范围内,具有相对稳定的力学特性。该研究表明,红黏土不宜直接用于填筑路床与边坡表层的填料,可以作为上下路堤堤心的填料,但必须采取防排水工程措施与边坡防护措施。     

砂与黏土混合物强度特性环剪试验研究

为分析砂和黏土混合物的强度特性,将石英砂和高岭土按不同质量比配制试验土样,开展了一系列固结排水条件下的环剪试验。通过设置轴压为75 kPa、150 kPa、300 kPa和600 kPa状态下开展试验,得到土样剪切角与剪切应力的关系曲线。根据试验曲线的峰值剪应力,通过莫尔-库仑准则得到土样的黏聚力和摩擦角。结果表明,砂和黏土混合物的黏聚力在5~18 kPa范围内波动,当高岭土含量为50%时黏聚力值达到最小值。当高岭土含量小于50%时,摩擦角随高岭土含量增加略有减小;当高岭土含量超过50%时,摩擦角随高岭土含量增加而减小的趋势更明显。     

红黏土承载比的土团尺寸效应研究

高液限红黏土用于路基填筑时,因其不良的水理特性,需要掺石灰或水泥改良。但红黏土成团现象十分突出,进行灰土拌和时不易达到均匀状态,影响预期改良效果。通过对不同直径的红黏土土团及石灰改良土土团进行承载比试验,结果表明：干密度随着土团直径尺寸的增大呈现先增大后减小的特征,红黏土和石灰土的最大干密度对应的土团直径处在0.2～ 5 mm范围内;而最大承载比CBR值对应的土团直径分别处在5～10 mm和2～5 mm的范围内。石灰土和红黏土的吸水率、膨胀率均随着土团尺寸的增大,呈现先减小后增大的整体变化趋势。在2～10 mm的范围内,两种土的膨胀量最小。石灰改良只对直径小于5 mm的土团的膨胀特性起到明显的抑制作用。可见,现场施工中严格控制土团的大小对保证土体的强度和水稳定性具有十分重要的意义。     

浙西饱和红黏土的物理力学特性试验研究

本文在分析浙西红黏土矿物成分与化学成分的基础上,分别用单向固结仪和三轴仪对饱和红黏土原状样进行了一系列的压缩、剪切、蠕变试验,得到其压缩曲线、应力-应变曲线和蠕变曲线。根据测得的压缩曲线,确定了该土的压缩指数Cc、回弹指数Cs,对原状样压缩曲线的归一化整理后判断出原状饱和红黏土的结构性不强;根据三轴排水剪切试验结果,得出原状饱和红黏土在不同围压下因结构性的存在土体具有不同的破坏应力比,计算得到该土的临界状态应力比和黏聚力;根据原状饱和红黏土在不同固结压力下的蠕变试验结果,得到了该土的次固结系数Cα与固结压力关系,并确定了该土的Cα/Cc约为0.0124,本试验结果为浙西地区的工程建设提供了基本参数。     

木质素纤维红黏土强度及变形特性试验研究

利用工业废料改良土体性能不仅具有实用价值而且能够保护环境。采用室内土工试验及SEM试验,针对木质素纤维加筋红黏土的效果,以及木质素纤维掺量对红黏土强度及变形特性的影响规律和作用机理进行研究。试验结果表明:木质素红粘土压缩模量随着纤维掺量的增加先增加后减小,2%纤维掺量时,模量最高;不同木质素掺量红粘土的内摩擦角基本保持不变;红黏土黏聚力随木质素掺量的增加先减小后增大再减小。2%是纤维最优掺量,土体黏聚力出现最大值;在三轴实验中,加筋红黏土试样均发生鼓胀变形,没有明显的破裂面,具有典型的应变硬化特征。研究结果表明木质素纤维能一定程度提高红粘土的强度,提升红粘土的工程应用价值。      

纳米石墨粉对红黏土力学性质的影响

对添加了纳米石墨粉的红黏土以击实进行了重塑样制备,设计了不同掺量纳米石墨粉在红黏土最优含水率下的三轴固结不排水试验;通过应力-应变曲线,分析了不同掺量纳米石墨粉对红黏土力学性能的影响,得出了抗剪强度和抗剪强度指标的规律,并采用SEM微观手段对其改善机理进行了分析。试验结果表明:抗剪强度和黏聚力C随纳米石墨粉掺量的增加先增加后减小,内摩擦角$\varphi $基本保持不变,得出适量的纳米石墨粉对红黏土的力学性质有显著的提高,最优掺量在1%~2%之间。研究认为,纳米石墨粉红黏土呈现出的力学性质,与纳米石墨粉对红黏土孔隙结构的影响、纳米石墨粉对红黏土颗粒的黏附胶结密切相关。     

配合比对三合土抗剪强度影响的试验研究

按2因素3水平完全试验设计方法拟定了9组三合土配合比,然后进行各试验组的击实试验,根据每组最大干密度和相应最优含水率进行了直剪强度试块制作并分别标准条件养护7天和28天进行抗剪强度试验,得到了各个试验组的抗剪强度指标黏聚力和内摩擦角。通过极差分析和趋势分析,得出结论:7天和28天龄期三合土的砂对内摩擦角的影响均大于黏土的影响;7天龄期砂对黏聚力的影响大于黏土的影响,28天龄期砂对黏聚力的影响小于黏土的影响;三合土内摩擦角最大的配合质量比为石灰:黏土:砂=1:4:5;黏聚力最大的配合质量比为石灰:黏土:砂=1:6:3;对7天养护龄期的情况,以竖向压力196 kPa为大小分界,可分别得到抗剪强度较大的两种配合比。研究成果可为工程应用中合理选择三合土配合比提供参考。     

湛江强结构性黏土强度特性的应力路径效应

为探讨湛江强结构性原状土与相应重塑土在不同应力路径下的强度特性及其与结构性的关联性,开展了在不同固结条件下的主动压缩、被动压缩、主动伸长3种应力路径试验,分析了该强结构性黏土在不同应力条件下的力学性状与强度特性。结果表明,湛江黏土的剪切破坏形态主要是单一型、双交叉剪切带与“腰鼓”型3类,应力-应变特性主要为轻度应变软化、强烈应变软化、轻度应变硬化、强烈应变硬化4类;偏压固结下试样破坏应变小于等压固结相应值,破坏强度及初始弹性模量比后者大;不同应力路径下土的强度差异主要反映在结构屈服前有效黏聚力的不同,结构屈服前,原状土的黏聚力高于重塑土的黏聚力,内摩擦角小于后者;结构屈服后,黏聚力逐渐减小,内摩擦角略有增大。原状土到重塑土的转变过程是黏聚力与内摩擦力在土体内部相互消长的过程,强结构性黏土在结构屈服前的强度指标具有较强应力路径依赖性。     

考虑水合物填充和胶结效应的深海能源土弹塑性本构模型

水合物的填充效应和胶结效应增大了能源土的密实性和强度,使能源土呈现出类似于密实砂土或胶结土的性质。在黏土和砂土的统一硬化模型(CSUH模型)框架下,总结了能源土的力学性质,引入压硬性参量描述水合物对能源土填充和胶结双重作用下的等向压缩特性,引入黏聚强度修正屈服函数并构建了黏聚强度的演变规律,利用状态参数调整剪胀方程,反映能源土剪胀、软化等特性对密实度的依赖性,从而建立能够描述能源土强度、刚度、剪胀与软化等特性的弹塑性本构模型。编制了模型的测试程序,把模拟结果与能源土室内试验结果进行对比。结果表明:提出的弹塑性本构模型能够较好地描述能源土的应力-应变关系、剪缩硬化和剪胀软化等力学特性。     

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。     

柴油污染重塑红黏土直剪力学特性试验研究

广西红黏土分布区柴油泄漏对土体造成了一定程度污染,为研究轻质非水相非极性柴油孔隙液对红黏土力学性质的影响,本文以0#柴油为添加剂对其重塑样进行不排水快速直剪试验,测得了不同含水率、含油率、法向压力下红黏土抗剪强度及其参数变化规律。研究结果表明:在土-水-油系统中,非极性柴油孔隙液对红黏土强度影响相对较小,且受含水率影响。同一含油率时,红黏土抗剪强度、内摩擦角、黏聚力均随含水率增加而降低;同一含水率时,法向压力影响柴油作用模式,随含油率增加,抗剪强度参数变化较为复杂,当含水率为20%,红黏土内摩擦角、黏聚力反向波动变化;同一含湿率时,柴油比例的提高导致红黏土抗剪强度参数的增大。扫描电镜观察发现,非极性柴油孔隙液的介入,改变了水-土系统的静电及结构模式,导致红黏土强度发生变化,通过所建的“多尺度多阶段柴油作用微结构模型”,阐明了柴油孔隙液对红黏土强度特性影响的微观机理。