水泥搅拌法改良桂林红黏土力学性质试验研究

桂林地区分布的由碳酸盐系出露区的石灰岩经过红土化作用而成的高塑限的红黏土,孔隙比较大、含水量高,而其结构性强且存在上硬下软的成层分布特征,上部红黏土为坚硬-硬塑状态,承载力高,下部红黏土为软塑、流塑状态,为地基软弱下卧层,需进行处理。采用水泥搅拌法对桂林软弱红黏土无侧限抗压强度、抗剪强度、抗拉强度与水泥掺入比、龄期的关系等主要力学性质进行室内试验研究,得出外掺剂对无侧限抗压强度的影响以及无侧限抗压强度、抗拉强度与抗剪强度的关系。结果表明:运用水泥搅拌法对桂林地区软弱红黏土层主要力学性能的无侧限抗压强度与水泥掺入比、龄期之间以及含外掺剂和无外掺剂水泥红黏土无侧限抗压强度之间存在较好的相关性; 黏聚力、抗拉强度随水泥掺入比、龄期增大而增大; 无侧限抗压强度、抗拉强度与黏聚力存在相关性。     

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。     

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。     

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。     

纳米石墨粉红黏土改良机理试验研究

为了探寻纳米石墨粉对区域性红黏土的改良机理,利用TSZ-1型三轴试验仪进行正交试验设计,选用扫描电镜法对试样进行微观结构测试,采用单因素方差分析法分析了纳米石墨粉掺量对红黏土力学特性的敏感性,试验结果表明:纳米石墨粉掺量是改良红黏土抗剪强度参数的显著性影响因素;改良红黏土的主应力差与轴向应变曲线之间整体呈双曲线关系,具有明显峰值应力,表现为应变硬化特征;改良红黏土的抗剪强度可采用线性的Mohr-Coulomb准则来描述;内摩擦角参数表现为随着纳米石墨粉掺量增大基本保持不变,而黏聚力参数具有随掺量的增加先增加后减小的特性;纳米石墨粉对红黏土改良的宏观力学性质,与其对红黏土孔隙结构的影响及红黏土矿物颗粒的黏附胶结密切相关。     

碱污染红黏土抗剪强度及破裂面微观结构特征研究

碱污染使得贵州某铝厂地基红黏土孔隙比、比重和塑性指数降低。本文结合实际污染液质量分数及入磨母液为污染源,考虑时间和质量分数效应,对碱污染原状红黏土通过室内直剪试验,研究其抗剪强度的变化。并从碱污染红黏土剪切位移为4 mm时破裂面的微观结构入手,对其微观孔隙、颗粒进行定性和定量分析,探究其剪切破坏时的破裂方式。结果表明:高质量分数下,抗剪强度整体增加,土中多为惰性孔隙,孔隙方向性较好,颗粒变得较为狭长;入母液下,抗剪强度整体增加最多,土中几乎全为惰性孔隙,孔隙方向性最好,颗粒最为狭长;低质量分数下,抗剪强度整体减少,土中内活性孔隙仍较多,孔隙方向性较差,颗粒仍保持较好圆度。为碱污染红黏土的改良以及宏-微观的定量化研究提供一定的参考。     

植被混凝土生态护坡基材初期强度特性研究

生态护坡基材初期强度对基材在边坡的自身稳定和物种发芽有重要影响。以植被混凝土基材为研究对象,以其2 d龄期的无侧限抗压强度作为初期强度的代表值,对生态护坡基材初期强度特征进行研究。以水泥掺量 、有机质掺量 和水灰比 为影响因素,分别设计单因素影响试验、正交试验。试验数据分析表明,水泥掺量、有机质掺量和水灰比3因素均对植被混凝土初期强度产生影响,影响程度依次为 ＞ ＞ ; 在0.50～0.55之间时植被混凝土基材初期强度最大。在水灰比及其他因素不变的条件下,以 、 为自变量,建立了植被混凝土基材初期强度的多元非线性回归模型,验证试验表明该模型可较准确地预测植被混凝土基材的初期强度。在植被混凝土生态防护技术应用过程中,根据基材初期强度模型估计基材最小水泥掺量和最大有机质掺量,既可保证工程实施初期基材的自身稳定性,又有利于边坡后期植被的恢复和持久生长     

基于响应面法的淤泥质土固化配方优化研究

选择掺入生石膏、生石灰、碳酸钠来消除有机质对水泥固化淤泥质土的不利影响。以生石膏、生石灰和碳酸钠的掺量作为3个影响因子,以固化淤泥质土7 d和90 d的无侧限抗压强度为响应值,采用旋转中心组合设计安排试验。利用响应面法对这3种外加剂的配比进行优化,并通过单因子效应分析和交互作用分析分别考察各影响因子单独变化对强度响应值的影响以及3种添加剂的交互作用效应。结果表明：强度响应对生石膏和生石灰掺量变化的敏感程度随龄期的增大而增大,而对于碳酸钠,情况则相反。7 d时,生石灰与碳酸钠的交互作用显著;而90 d时,则生石膏与碳酸钠的交互作用显著。最终得出在腐植酸掺量6%和水泥掺量15%前提下,3种外加剂在7 d和90 d的最佳配比。在最优配方的掺加下,对于7 d和90 d龄期固化淤泥质土的实际强度可以分别达到623、1 213 kPa。     

红粘土地区水泥土强度的试验研究

红粘土是亚热带气候条件下形成的一种特殊土质。含有红粘土的地基多具有上硬下软的特点,下部红粘土为天然地基软弱下卧层。采用深层搅拌法处理,可充分发挥上部硬塑红粘土的作用,形成复合地基。通过试验得到了水泥红粘土的基本力学参数。在对试验结果进行回归分析后,给出了水泥土强度的影响因素及其与强度的关系,以及不同水泥掺量、龄期水泥土之间的强度推算公式。     

纤维红黏土强度的正交试验及多元非线性回归分析

纤维长度、纤维掺量、含水率和干密度是纤维红黏土强度的主要影响因素,采用正交试验设计方法,研究多因素耦合作用对纤维红黏土抗剪强度指标c,φ的影响,通过对试验结果进行极差、方差分析,确定了c,φ的最优制备工艺及各影响因素的显著性大小。基于多元非线性回归理论,应用SPSS软件建立了多因素与纤维红黏土c,φ的多元非线性回归模型。试验和分析结果表明:4个因素对纤维土c,φ的影响主次顺序均为:含水率>干密度>纤维掺量>纤维长度,其中含水率对c影响显著,干密度与纤维掺量对c有一定的影响,而φ受含水率影响明显,其它因素对其影响不明显,各因素水平的改变对c的影响程度大于对φ的影响。对c,φ的多元非线性回归模型验证发现,c,φ模型的相关系数较高、显著性较强、且预测值与实际值之间线性关系明显,确定了模型的可靠性。研究成果为进一步研究纤维改善红黏土的工程特性、固化机理具重要指导意义。     

固化有机质淤泥试验研究

淤泥固化技术是淤泥资源化的一个重要方法。当采用水泥基材料对有机质淤泥固化处理时,淤泥中的有机质严重影响了淤泥固化的效果。对此,笔者进行了固化有机质淤泥的试验研究,在分析有机质对淤泥固化效果影响机理的基础上,掺加不同外加剂改善有机质淤泥的固化效果,试验结果发现,碱性剂的加入会导致有机质的溶解,削弱淤泥的固化效果,粉煤灰的加入削弱了有机质对水泥水化的阻碍作用,有效提高了固化体的强度,采用水泥一粉煤灰一硫酸钠复合固化材料大幅度提高了固化淤泥的短期强度和长期强度,粉煤灰的加入提供了大量的钙离子,其掺量越大,固化淤泥无侧限强度后期增长率越大。     

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。     

吸力可控条件下的北方红黏土蠕变特性

北方红黏土又称三趾马红土，在黄土高原地区呈不连续状分布于黄土之下，为典型的致滑地层。红黏土遇水后强度降低、变形增大从而构成滑动面的过程，与红黏土特别是非饱和红黏土的蠕变特性息息相关，然而相关的研究多集中于南方红黏土。我国南方和北方红黏土的工程特性差异较大，不能等同对待。本文以陕西蓝田典型的北方红黏土为研究对象，借鉴控制吸力的非饱和土研究方法，在吸力分别为0，100 kPa和200 kPa条件下分级施加围压，开展了吸力控制条件下的三轴蠕变试验，研究非饱和红黏土的蠕变特性和长期强度。试验表明，红黏土具有明显蠕变特性，不同围压下的应力-应变曲线变化特征相近，均呈现幂函数或对数函数变化特征。当围压和荷载一定时，蠕变量随吸力的减小而增大，稳定时间随吸力减小而增长。吸力越小土体的蠕变性越强，其屈服强度也较小，饱和红黏土(吸力为0)的长期强度比吸力为200 kPa时的红黏土长期强度降低了约50%，说明含水率增大会增大滑带红黏土的蠕变量，促使滑坡的形成，本研究可为红黏土致滑机理研究提供基础。     

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。     

干湿循环作用对岩溶区红黏土剪切强度的影响

以桂林雁山红黏土为研究对象,对经历不同干湿循环次数后的试样进行快剪试验,得到其剪切强度,研究自然状态下反复的降雨和干旱气候对土体强度的影响。试验结果表明,经历多次干湿循环后饱和状态下红黏土样无明显峰值,为应变硬化;干燥状态下土样出现明显峰值,为应变软化,且其曲线前部还出现"平台"状,随着干湿循环次数的增多,饱和状态下和干燥状态下的黏聚力均逐渐降低,而两者的内摩擦角则均呈现整体逐渐增大的趋势,干燥状态下土样的抗剪强度参数均较饱和状态下的土样大,黏聚力和内摩擦角的变化幅度都十分显著。为进一步研究干湿循环对土样抗剪强度及剪切强度参数的影响,量测了干湿循环过程中试样的体积变化情况后发现,随着循环次数的增多,试样体积先不断地减小,然后基本保持不变。     

外加剂与水泥掺量对有机质水泥红黏土强度的影响

在有不同外加剂的水泥加固条件下,通过三轴试验、压缩试验、无侧限抗压强度试验,探讨水泥掺量与水泥土黏聚力、内摩擦角、压缩系数及无侧限抗压强度之间的相关关系,并对试验结果进行回归分析。试验结果表明,无论在有无外加剂的条件下,水泥土黏聚力、内摩擦角、无侧限抗压强度都随水泥掺量的增加而逐渐增加,增加的幅度却逐渐变小,它们的变化趋势总体上是一致的,并且外加剂类型对它们的作用效果都表现为:高效减水剂复合早强剂早强减水剂无外加剂。但其压缩系数却随着水泥掺量的增加而近似于直线不断减小,在相同水泥掺量时,无外加剂的水泥土的压缩系数最高,早强减水剂的水泥土的压缩系数又分别大于复合早强剂、高效减水剂水泥土的压缩系数。高效减水剂对提高水泥土力学强度的效果最明显。     

淋滤条件下Zn2+污染对红黏土强度损伤特征试验研究

长久以来有色金属矿山的开采对矿山周围土体造成了严重的重金属污染问题。使用自制的重金属淋滤污染装置,制备室内重金属Zn2+污染土,进行固结不排水三轴剪切试验,研究淋滤条件下重金属Zn2+对桂林红黏土强度及其强度损伤规律的影响。试验结果表明:重金属Zn2+对桂林红黏土的强度损伤行为是明显的,抗剪强度平均下降了30.61% ~56.6%不等,应力-硬化关系均呈现应变硬化型,损伤变量D在0.478~0.566之间。淋滤条件下重金属Zn2+对桂林红黏土强度的损伤主要是由于Zn2+对红黏土胶结结构以及土颗粒的双电层结构产生了不可逆的侵蚀破坏,降低土体内部的联结强度,随着浓度的增大,其强度呈现出下降的趋势,其损伤变量亦有所增长,但相差较小。这是因为在长时间的淋滤过程中,红黏土对Zn2+具有一定的吸附作用,导致尽管是在低浓度的污染溶液淋滤作用下,土体的累积损伤和高浓度的效果相近似。     

固化风沙土强度特性及固化机制试验研究

通过PX固化剂对库布其沙漠风沙土进行加固。对不同含水状态、不同固化剂掺量、不同养护龄期下固化风沙土的强度特性进行试验研究。试验结果表明,不同含水状态下风沙土的强度特性是不同的,相同固化剂掺量、相同养护龄期时,固化风沙土在最优含水率下的无侧限抗压强度远远大于饱和含水率下的强度。相同含水状态下固化风沙土无侧限抗压强度随固化剂掺量增加、养护龄期延长而增大,且在养护初期强度增长较快,当固化剂掺量为8 %、养护龄期为28 d时,固化风沙土强度满足国际上对固沙强度的要求。最优含水率下固化风沙土抗剪强度较风沙土有较大提高;当固化剂掺量为8 %时,固化风沙土凝聚力和内摩擦角均达到最大,此时固化风沙土抗剪强度约为风沙土的1.8倍。进而,通过扫描电镜对风沙土固化前后微观结构变化进行试验研究。研究结果表明,风沙土中掺入PX固化剂后,颗粒间由原来的弱连接变为胶结连接,解释了固化风沙土较风沙土强度得以提高、稳定性得以改善的内在原因。     

用固化剂GX08加固杭州海湖相软土的强度特性研究

为了验证固化剂GX08加固杭州海湖相软土的效果及考察有机质对水泥固化的不利影响,对固化土的强度特性进行了试验研究。结果表明,有机质的添加会显著阻碍固化土强度的增长,而固化剂GX08能有效增强固化土的强度;固化土强度与有机质含量存在二次函数关系,与水泥掺量呈线性关系,与固化剂GX08掺量和龄期都以对数函数的形式相关;将总灰水比C/W用于固化土强度模型的建立,通过对试验数据的分析与整理,建立了同时考虑固化土中有机质含量、水泥掺量、固化剂掺量和龄期影响的固化土综合强度预测模型。最后对模型进行了推广使用,验证了模型的适用性。