液体对土工织物膨润土垫膨胀性和渗透性的影响

近年来土工织物膨润土垫（GCL）被越来越多地应用到各种防渗工程中,它的膨胀性和渗透性也成为了设计人员和研究人员所关注的焦点。通过水化膨胀试验、自由膨胀试验和渗透试验,研究了液体对GCL膨胀性能和渗透性能的影响以及膨胀性和渗透性之间存在的相关关系。试验结果表明, 水化液和渗透液的种类对GCL的膨胀性和渗透性有很大影响,其影响分别为：(1) 水化液相同时,渗透液的种类对GCL的渗透系数有影响,而渗透液相同时,水化液的种类对GCL的渗透系数也有影响;(2) GCL的水化膨胀量和渗透系数之间存在相关关系,水化膨胀量越大,渗透系数就越低;(3) GCL中膨润土的自由膨胀量和GCL的渗透系数之间也存在相关关系,自由膨胀量越大,GCL的渗透系数就越低。     

粉煤灰-粉质粘土对氟离子的吸附作用

不同土层对氟离子的吸附能力不同,在吸附能力较弱的土层建设贮灰场,会导致周边地下水中氟离子质量浓度较高,污染地下水。吉林市来发屯灰场运行多年来,地下水中氟离子质量浓度与背景环境未见明显差异,本文通过对来发屯灰场粉煤灰-粉质粘土和灰场外土层的比较分析,探究吸附机理,结果表明：粉煤灰-粉质粘土对氟离子有较强的吸附能力,能有效防止其对地下水的污染。     

煤矸石淋滤液中污染物在GCL中的扩散性能

为验证土工合成黏土衬垫（Geosynthetic Clay Liners,GCL）作为煤矸石处置场衬垫层建设材料的可行性,采用垂直式双筒扩散装置进行室内扩散试验,研究了煤矸石淋滤液中典型污染物Zn²⁺、Mn²⁺和SO₄^2-在人工钠化膨润土GCL中的扩散性能,使用有限层法模拟软件POLLUTE V7对污染物随时间变化的曲线进行拟合,确定3种污染物在人工钠化膨润土GCL中的扩散系数。研究结果表明,污染物在GCL中的扩散系数低于它们在传统压实黏土衬垫层中的扩散系数,从而能更有效地控制煤矸石淋滤液中污染物在GCL中的扩散迁移行为。     

粉煤灰改良膨胀土试验研究

研究掺粉煤灰对合肥膨胀土的物理性质指标以及胀缩性指标等的影响,探讨利用粉煤灰改良膨胀土的措施与效果。试验研究结果表明,在膨胀土中掺入适量的粉煤灰可有效降低膨胀土的塑性指数、降低膨胀势、减小线缩率与降低活性。在膨胀土中掺入粉煤灰还可改变膨胀土的击实特性,一定击实功作用下,随着掺灰率的增加,土体的最优含水率与最大干密度均减小,膨胀土中掺入粉煤灰后,膨胀土可在较小的含水率下通过击实或压实达到稳定。掺灰膨胀土的膨胀量与膨胀力随养护龄期的增长而减小;没有经过养护的掺灰土,其无侧限抗压强度随掺灰率的变化几乎没有变化,经过7 d养护后,土的无侧限抗压强度有所增长,并且存在一个峰值点,合肥膨胀土的无侧限抗压强度所对应的最佳掺粉煤灰率约为15 %～20 %。     

广西红粘土和膨胀土土热力学特性的比较研究

基于广西膨胀土和红粘土的成因类型、物质成分和结构特征,研究常温(-4℃～60℃)下膨胀土与红粘土的热力学特性,探讨了红粘土与膨胀土的抗剪强度指标与温度之间的相关关系。试验结果表明,两种土在10℃,40℃与室温(28℃)时,主应力差σ1-σ3峰值变化不大,而60℃时有明显增大;在相同条件下,红粘土的主应力差峰值变化更大;红粘土与膨胀土的抗剪强度指标(c,φ)随热状况不同而发生变化,而且红粘土的粘聚力c和膨胀土的内摩擦角φ在室温,环境有较小值。分析结果认为,两种土的热效应影响趋势相似,但红粘土的热力学特性较为敏感,这与红粘土的成因类型及胶结特征密切相关。研究结果为红粘土与膨胀土地区工程建设及减灾防灾提供参考。     

Relative performance of lime stabilized amended clay liners in different pore fluids

Successful design of soil liner and covers for landfills and waste impoundments involves selection of liner material and assessment of chemical compatibility of the liner material. In this work locally available materials with different mineralogy have been evaluated from the viewpoint of liner application. Many local soils may not meet the requirements of liner material; often it is necessary to amend these soils with commercially available processed bentonite. Clay liners may be attacked by chemical waste or leachate, concentrated organic chemicals can attack compacted clay effectively destroying the characteristics of liner material. Thus the main aim of this work has been to assess the suitability of different types of locally available materials for their potential use as liners for waste containment facilities. The materials studied are kaolinitic red earth, illite and fly ash. Based on literature survey and experimental work in this laboratory, 20% by weight of bentonite has been chosen for amending selected materials. Addition of 20% bentonite to selected liner material improved the hydraulic conductivity and adsorption capacity of the amended mixture but, reduced the volume stability. To improve the volume stability of the amended material and to have better resistance towards chemicals attack, stabilizing the amended mixture with 1% by weight of lime has been considered. The relative advantages and disadvantages of four materials namely; red earth with 20% bentonite, illite with 20% bentonite, fly ash with 20% bentonite and illite alone, stabilized with 1% by weight of lime were brought out. The chemical compatibility of the materials to electrolyte solution (0.5 N NaCl), alkaline solution (0.5 N NaOH), acid (0.5 N HCl) and organic fluid (CCl₄) has been studied. The relative efficiency of the selected materials with selected pore fluids was compared.     

电阻率法评价膨胀土改良的物化过程

掺石灰、粉煤灰是工程中通常采用的改良膨胀土的方法。土电阻率是土的基本物理指标之一,其变化可反映土的其他物理性质指标的变化。通过掺灰改良膨胀土不同养护龄期下的电阻率测试以及膨胀量、膨胀力及无侧限抗压强度等试验研究,探讨了掺灰改良膨胀土养护过程中的物理化学反应过程。根据养护过程中的电阻率随龄期的变化规律,可将改良膨胀土的物理化学反应过程划分为瞬时反应阶段、主体反应阶段、残余反应阶段和稳定阶段4个不同阶段。针对改良膨胀土质量控制和评价体系中存在的不足,提出了基于电阻率指标的改性膨胀土的质量评价方法,通过试验证实了该方法的有效性和实用性。     

Effect of lime and fly ash on swell,consolidation and shear strength characteristics of expansive clays: a comparative study

Expansive soils swell on absorbing water and shrink on evaporation thereof. Because of this alternate swelling and shrinkage, civil engineering structures founded in them are severely damaged. For counteracting the problems of expansive soils, different innovative techniques were suggested. Stabilization of expansive clays with various additives has also met with considerable success. This paper presents, by comparison, the effect of lime and fly ash on free swell index (FSI), swell potential, swelling pressure, coefficient of consolidation, compression index, secondary consolidation characteristics and shear strength. Lime content (weight of lime/weight of dry soil) was varied as 0%, 2%, 4%?and 6%?and fly ash content (weight of fly ash/weight of dry soil) as 0%, 10%?and 20%. A fly ash content of 20%?showed significant reduction in swell potential, swelling pressure, compression index and secondary consolidation characteristics and resulted in increase in maximum dry density and shear strength. Swell potential and swelling pressure decreased with increase in lime content also. Further, consolidation characteristics improved. Compaction characteristics and unconfined compression strength improved at 4%?lime and reduced at 6%?lime.     

膨胀土与红黏土石灰改性对比试验研究

为探讨石灰改性膨胀土与红黏土的强度发展规律,以生石灰与消石灰改性的南阳膨胀土与郴州红黏土为研究对象,进行了无侧限抗压、固结快速直剪和固结压缩试验的对比研究。研究发现：在1 a养生龄期内,石灰改性的南阳膨胀土与郴州红黏土无侧限抗压强度与养生龄期的对数基本呈线性关系;按大于最佳含水率3%制样的强度在养生28 d以后高于按最佳含水率制样;生石灰改性效果比消石灰改性效果好,由于矿物成分不同,石灰改性南阳膨胀土的效果比石灰改性郴州红黏土好     

非饱和红粘土和膨胀土抗剪强度的比较研究

红粘土是对环境湿热变化敏感的塑性粘土,具有一般膨胀土吸水膨胀失水收缩的特性。与普通粘性土相比,红粘土与膨胀土的强度特性更为复杂。它既是土体抵抗剪切破坏能力的表征,也是计算路堑、渠道、路堤、土坝等斜坡稳定性以及支挡构筑物土压力的重要参数。通过试验研究讨论了红粘土与膨胀土的强度特性以及与一般粘性土的差别及其各种影响因素,并探讨了非饱和红粘土与膨胀土的抗剪强度指标与含水量之间的相关关系。试验结果表明,红粘土与一般膨胀土的吸水膨胀规律完全相同。其试验结果可为红粘土与膨胀土地区工程设计与建设提供参考依据。     

考虑超固结比和应力速率影响的膨胀土卸荷力学特性研究

利用GDS应力路径三轴试验系统对南阳膨胀土进行3种应力速率下、4种超固结比（OCR）的被动压缩三轴试验及3种超固结比的被动挤伸三轴试验,分析了不同超固结比和应力速率下其应力（孔隙水压力）-应变关系、有效应力路径及变形模量的演化规律,对膨胀土变形模量各向异性特性进行了初步探讨。结果表明,应力速率、超固结比及卸荷路径均对膨胀土力学特性有一定影响。在被动压缩路径和被动挤伸路径下,随着应力速率和超固结比的增加,相同轴向应变时的偏应力值单调增加;不同超固结比和应力速率时膨胀土的孔隙水压力始终为负值,且其降幅总体上随超固结比的增加而增大,但其降幅随应力速率的变化规律与剪切路径有关。在被动压缩路径下,相同应变时不同应力速率下的孔压降幅基本相同;而在被动挤伸路径下,其降幅随应力速率的增加而增大。边坡开挖路径的选择对于边坡变形影响显著,被动挤伸路径下达到设定极限偏应力时的轴向应变明显大于被动压缩路径。膨胀土变形模量E100随着超固结比和应力速率的增加而增加,但各应力速率下变形模量的各向异性特性则随着超固结比的增加而变弱。     

粉煤灰、粘土、膨润土等对Zn2+的吸附试验研究

研究了粉煤灰、粘土、膨润土等从溶液中去除有毒金属离子Zn2+的吸附过程。动态试验显示吸附过程是快速的。吸附试验结果表明,粉煤灰、膨润土对Zn2+的吸附能力相当,但远大于粘土、粉质粘土。平衡吸附模型充分说明,在高浓度下Zn2+在粉煤灰、粘土、粉质粘土上的吸附符合Langmuir等温线。试验结果亦表明,随着吸附剂中Zn2+含量的增加,粉煤灰等吸附剂对Zn2+吸附的百分率均呈减小的趋势。     

Coupled consolidation model for negative skin friction on piles in clay layers

Expansive soils swell on absorbing water and shrink on evaporation thereof. Because of this alternate swelling and shrinkage, civil engineering structures founded in them are severely damaged. For counteracting the problems of expansive soils, different innovative techniques were suggested. Stabilization of expansive clays with various additives has also met with considerable success. This paper presents, by comparison, the effect of lime and fly ash on free swell index (FSI), swell potential, swelling pressure, coefficient of consolidation, compression index, secondary consolidation characteristics and shear strength. Lime content was varied as 0%, 2%, 4%?and 6%?and fly ash content as 0%, 10%?and 20%. A fly ash content of 20%?showed significant reduction in swell potential, swelling pressure, compression index and secondary consolidation characteristics and resulted in increase in maximum dry density and shear strength. Swell potential and swelling pressure decreased with increase in lime content also. Further, consolidation characteristics improved. Compaction characteristics and unconfined compression strength improved at 4%?lime and reduced at 6%?lime.     

渠坡非饱和膨胀土含水率与强度关系试验研究

南水北调中线渠首段渠坡土主要为膨胀土,渠坡膨胀土含水率的变化会影响坡体稳定性。为了探究含水率变化对渠坡稳定性影响的具体特征,对采集自南水北调中线渠首段的渠坡膨胀土进行了滴定直剪试验,获得了渠坡膨胀土抗剪强度指标与含水率的关系曲线,试验结果表明：抗剪强度随含水率增加而明显衰减,衰减过程先快后慢;试样初始含水率越低,黏聚力下降越慢,内摩擦角下降越快,不同初始含水率试样的抗剪强度均在增湿至30%左右时产生拐点,此时衰减速率降低并趋于稳定。设计进行了土-水特征曲线法和瞬时剖面法导水率测试试验,获得了非饱和渠坡膨胀土导水率随含水率变化的曲线,试验结果表明：含水率越低,导水率越小,导水率变化速率越快;反之,导水率变化速率越慢,土体含水率趋于稳定。研究成果可用于膨胀土渠坡稳定性与坡体地下水位关系的定量分析,应用在实际工程中可以更有效地获取渠坡非饱和土体中含水率和抗剪强度的分布特征,并获得含水率和抗剪强度随时间的变化规律,为引入土体空间动态抗剪强度分析,建立更准确的膨胀土渠坡稳定性评价模型奠定基础。     

非饱和膨胀土/岩持水与渗透特性试验研究

以南水北调中线工程原状强、中膨胀土/岩为研究对象,开展压力板试验与双环注水试验,结合试验结果与土-水特征曲线(SWCC),对比研究不同性质膨胀土和膨胀岩的持水性能及影响因素,计算并分析水体积变化系数的变化规律,在该基础上重点探讨渗透系数的变化特征及其与基质吸力的非线性关系,总结出膨胀土/岩的渗透特性及其规律。结果表明,膨胀土/岩的持水特性受岩土的物理性质、矿物成分与结构特征的影响,膨胀潜势强、细颗粒含量大、孔隙结构小的试样有着较低的脱水速率;渗透系数和水体积变化系数均随含水率的减小而减小,变化特征受到膨胀潜势与干密度的共同影响,并与基质吸力呈幂函数关系。研究成果可为工程建设提供计算参数及理论依据。     

重塑膨胀土的三向膨胀力试验研究

用三向胀缩仪对南阳陶岔重塑膨胀土做了12个三向膨胀力试验,9个湿胀干缩试验和9个控制变形的膨胀力试验。试验结果表明,三向膨胀力不等,水平膨胀力小于竖向膨胀力;湿胀干缩使重塑膨胀土的膨胀力降低,第一次干湿循环后膨胀力减小最多;微小的位移可以使膨胀力大大降低,膨胀力与位移呈对数关系;给出了膨胀力与初始含水率和干密度的关系式。     

循环荷载下粉质中液限黏土和粉煤灰土的动剪强度研究

通过对路基填料粉质中液限黏土和粉煤灰土的动力循环荷载试验,分析了粉质中液限黏土和粉煤灰土1: 2的动力特性,得出了动剪强度与循环荷载次数间的变化规律以及动模量与动应变的关系表达式。研究结果表明：粉煤灰土1: 2动剪强度优于粉质中液限黏土,可以作为路基填料。     

离子土壤固化剂改性膨胀土的试验研究

利用离子土壤固化剂（ionic soil stabilizer,简称ISS）对河南安阳地区膨胀土进行化学改性试验研究,通过不同配比的自由膨胀率试验结果,结合施工成本,得出ISS溶液改良膨胀土的最优配合比为1:350。对ISS溶液最优配合比改性后土体进行收缩试验、膨胀性试验、固结快剪、高压固结及水浸泡试验。试验结果表明,改性土线缩率减小,膨胀性指标降低,抗剪强度增大,土体由亲水性变成憎水性,且能达到较好的水稳定性,即膨胀土经化学改性为非膨胀土。ISS改性膨胀土的机制可解释为,通过ISS溶液与土粒离子进行强烈的交换作用,打开土粒与水分子之间的“电化键”,降低土颗粒表面吸附水膜厚度,包裹在黏粒颗粒表面的疏水基团覆盖膜使土对水的敏感性减弱,从根本上减少了土体吸水性和膨胀性。     

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。     

膨胀土斜坡地基路堤失稳破坏有限元极限分析

膨胀土斜坡地基上进行路堤填筑时,由于膨胀土层遇水后强度极度降低,极易形成软弱夹层,造成路堤沿坡体倾斜方向整体滑动甚至垮塌。采用有限元极限分析方法对一般斜坡地基上路堤和易于产生软弱夹层的膨胀土斜坡地基路堤进行稳定性分析。结果表明：采用有限元强度折减法,不需任何假设,即能得出路堤的稳定安全系数和滑动面,是进行膨胀土斜坡地基上路堤稳定性评价的有效方法,适于在复杂地质条件下路堤稳定性分析中推广应用。