碱激发材料固化低液限粉黏土路用性能及抗冻融特性研究

新疆伊犁地区作为我国西北地区气候较敏感区域之一,地质灾害较发育,且地质灾害具有危险性严重、危害程度大、成灾速度快等特点,对社会经济发展影响巨大。为加强地质灾害防治,构建安全的生产生活环境,本文以伊犁地区新源县阿勒马勒镇黄土滑坡为研究对象,综合利用野外地质调查、现场取样、室内试验分析等方法,分析了该地区黄土在冻融循环作用下其强度变化的特征以及对滑坡稳定性的影响。结果表明,随着冻融循环次数的增加,滑坡土体强度出现不同程度劣化,与此同时,滑坡稳定性变化趋势也与土体强度劣化趋势一致。分析认为,在冻融循环作用下,黄土空间结构出现不同程度破坏,造成土颗粒级配及接触类型发生变化,使得土体强度出现不同程度的衰减。滑坡整体稳定性受冻融作用的影响而产生变化,在经历3次冻融循环以后,滑坡稳定性发生突变,之后滑坡长期处于蠕滑状态。在此过程中,黄土滑坡变形失稳区域主要集中在滑坡浅层,变形贯穿区域仅限于上层冻结区域土层,不易出现中深层滑坡,滑坡变形程度较轻。研究成果可为新疆伊犁地区地质灾害防灾减灾提供参考价值,也可为类似地区的黄土滑坡地质灾害研究提供参考。     

冻融作用对饱和粉质黏土抗剪性能的影响

为研究季节冻土地区冻融作用对道路边坡土体抗剪性能的影响规律,在不同冻结和融化温度、不同冻融循环次数、开放和封闭体系条件下对冻融饱和原状粉黏土试样进行了不固结、不排水剪切试验。试验结果表明:饱和原状粉质黏土冻融后,黏聚力降低,内摩擦角增大,冻结温度越低,冻融作用对黏聚力和内摩擦角的影响越小,随着冻融循环次数的增加,5～7次冻结循环后二者的变化逐渐趋于稳定。水分补给会强化冻融作用对试验土抗剪性能的影响;融化温度对试验土的抗剪性能影响很小。     

基于DCP的不同固化粉土基层路用性能分析

为分析沥青乳液、沥青微粉、无机复合型三种不同固化粉土基层的路用性能,依托黄河冲积平原农村公路项目进行不同结构层的现场动力锥贯入仪(DCP)试验,同时与8%水泥固化粉土基层对比分析。结果表明:沥青乳液、沥青微粉、无机复合型固化粉土基层的贯入度D_(d)为1.33~1.74 mm/blow,均小于水泥固化粉土结构层的贯入度2.09 mm/blow,其整体固化效果更优。三种不同固化粉土的DCP换算无侧限抗压强度与取芯实测无侧限抗压强度、DCP累积平均贯入度与FWD弯沉之间具有良好的相关性,采用分层计算与累积计算可分别用于单层强度和整体承载能力的快速评价。DCP测试结果还可为黄河冲积平原粉土改良固化路用性能的评价提供数据参考与工程借鉴。     

黏土矿物与碱激发地聚物的相互作用机理

土体固化的核心问题之一就是使用适宜的固化剂固化黏土矿物。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)等试验方法,研究不同碱含量下碱激发地聚物固化的蒙脱石、伊利石和高岭土的微观结构、物质组成及物理化学反应过程,探究碱激发地聚物与黏土矿物之间的相互作用机理。研究结果表明:黏土矿物经碱激发地聚物固化后,由松散颗粒转变为块状致密结构;随着地聚物中碱含量的增加,Si、Al及Ca元素电子结合能下降;蒙脱石在衍射角为5°左右(001)峰形右移,层间距减小;蒙脱石吸附水含量减小,亲水能力下降,矿物活性被限制。     

活性氧化镁碳化固化粉质黏土微观机制

以活性氧化镁碳化固化粉质黏土为研究对象,通过无侧限抗压强度试验、酸碱度测试、X射线衍射试验、压汞试验和扫描电镜试验,研究了不同初始含水率和碳化时间影响下活性氧化镁碳化加固粉质黏土的强度、pH值、碳化产物和微观结构等变化。根据碳化固化土强度与碳化产物含量及累积孔隙体积间的内在联系,提出了粉质黏土的碳化反应微观模型。结果表明：随碳化时间增加和初始含水率减小,碳化固化土的碳化产物含量增加、累积孔隙体积减小,同时氧化镁碳化加固土的强度提高;碳化固化土的pH值随碳化时间不断减小,而随初始含水率变化不大;最后提出了粉质黏土的碳化反应微观模型,确定了活性氧化镁固化粉质黏土在碳化约6.0 h时可获得最高强度。     

冻融粉质黏土的剪切波速与动态回弹模量及其转换关系

动态回弹模量作为评定路基性能及进行路面设计的重要参数,受土体自身物理力学状态及外部环境的显著影响而复杂多变,亟需一种高效简便的针对性监测方法。以压实粉质黏土为研究对象,开展了不同含水率、压实度和冻融循环次数下粉质黏土动态回弹模量和剪切波速试验,获得了冻融黏土的动态回弹模量、剪切波速及两者之间的转换关系。结果表明：土体动态回弹模量和剪切波速均与其物理状态紧密相关,二者都随含水率和冻融循环的增加而急剧下降,随压实度的增加而有所提升;土体的动态回弹模量还受到应力状况的影响,随围压增大而增大,随循环偏应力增大而减小,应结合实际受力状况选取相应动态回弹模量代表值反映路基的性能;采用三参数复合模型回归确定了冻融粉质黏土动态回弹模量预估模型,并建立了冻融粉质黏土剪切波速预估模型;据此构建了冻融粉质黏土动态回弹模量与剪切波速的转换关系,为实现基于剪切波速确定路基土动态回弹模量提供了理论支持。     

冻融循环对石灰处置粉质黏土静强度影响研究

以吉林－荒岗高速公路沿线的粉质黏土为研究对象,对不同石灰掺入比的土样试件进行0、2、4、6、8、10、12次冻融循环试验。通过室内静三轴试验,研究了冻融循环作用对石灰处置粉质黏土强度的影响。研究结果表明,石灰处置粉质黏土的应力-应变关系曲线呈应变软化型,峰值强度随围压增大而升高,粉质黏土峰值强度降低幅度值比石灰处置粉质黏土峰值强度降低幅度值大,经历4次冻融后应力-应变曲线峰值强度趋于稳定;冻融作用后石灰处置粉质黏土抗剪强度衰减率比粉质黏土的抗剪强度衰减率小,抗剪强度随围压的升高而增大;同一围压条件下石灰处置粉质黏土弹性模量随着冻融次数增加逐渐减小,经历4次冻融后基本趋于稳定。     

活性MgO碱性激发粒化高炉矿渣固化黏土的抗硫酸盐侵蚀试验研究

通过系列室内试验,研究了硫酸盐长期浸泡环境下GGBS-MgO固化黏土的物理和力学性质及微观特征变化规律,并与水泥固化黏土进行对比,揭示了GGBS-MgO固化黏土抵抗硫酸盐侵蚀的机制。与水泥固化黏土相比,硫酸盐浸泡条件下GGBS-MgO固化黏土表面完整度较好;质量变化率在浸泡120 d时仅为水泥固化黏土的0.25倍;固化黏土体pH略小于同期水泥固化黏土;浸泡初期GGBS-MgO固化黏土强度增长达20%,同周期时无侧限抗压强度较水泥固化黏土高15%～80%。X射线衍射试验（XRD）表明,硫酸盐侵蚀下GGBS-MgO固化黏土中水化硅酸钙（C-S-H凝胶）的峰值高于水泥固化黏土,而钙矾石（AFt）的XRD图谱峰值明显低于水泥固化黏土。电镜扫描试验结果表明,两种固化黏土中钙矾石形态明显不同：钙矾石在水泥固化黏土中以团聚型晶体存在,可具较强膨胀性,而在GGBS-MgO固化黏土中则以细短形态分布于颗粒间,可有效填充试样孔隙,使其具备良好的抗硫酸盐侵蚀能力。     

青藏粉质黏土冻融过程水热特征研究

土体在冻融过程中的水热特征对于冻胀及工程稳定性具有决定性作用。以青藏粉质黏土为例,采用时域反射法（TDR）,测量并分析了不同初始含水率条件下的土样在冻融过程中的水热变化特征,对比了冻融过程中的水热变化及其差异性,采用Anderson等、徐敩祖等和Michalowski提出的以温度为变量的未冻水计算公式,分别计算了不同初始含水率土样在不同温度条件下的未冻水含量。结果表明：冻融过程的土样水分和土样中心温度随时间的变化均可分为三个比较明显的变化阶段,冻结过程和融化过程的变化特征略有不同,除了环境影响和探头自身因素外,我们将其归因于冻融过程的未冻水"滞后效应"。在快速冻融过程中,未冻水含量随温度的变化则表现出渐变的特征。通过对比三种典型未冻水含量的计算方法发现,通过拟合得到的方程计算结果的正确性较高。     

干湿循环下粉质黏土强度及变形特性试验研究

为了研究干湿循环作用下粉质黏土强度及变形特性的变化规律,以取自三峡库区某边坡的原状粉质黏土为研究对象,通过干湿循环和三轴剪切试验,对不同荷载条件下,经历不同干湿循环次数的粉质黏土的强度和变形进行了研究。结果表明:随着干湿循环次数的增加,强度峰值、有效黏聚力和割线模量都逐渐降低,且先快后慢;而有效内摩擦角保持稳定。干湿循环对原状粉质黏土强度和变形特性的劣化是因为裂隙的开展破坏了土体的结构。荷载约束了干湿循环时裂隙开展,从而抑制了干湿循环的劣化作用,荷载越大,抑制能力越强。最后,通过拟合试验数据,对干湿循环作用下的原状粉质黏土的摩尔-库仑强度准则表达式进行了修正。     

骨架矿物—粘土矿物碱耗协同效应研究

选择了克拉玛依油田二中区Ｔ２ｋ１砂砾岩储层中的六种储层矿物,石英,正长石,微斜长石,Ｃａ－蒙脱石,高岭石,伊利石。在不同的条件下研究了这六种矿物的碱耗量,还研究骨架矿物与粘土矿物按照一定的质量配比而成的复配矿物的碱耗量,探讨了矿物碱耗的协同效应,结果表明单矿物的碱耗序列为,蒙脱石（Ｓ）〉高岭石（Ｋ）〉伊利石（Ｉ）〉微斜长石（Ｍ）〉石英（Ｑ）〉正长石（Ｊ）,复配物的碱耗总体上受粘土矿物控制,尤其是蒙     

粉粘土质山体滑坡典型治理浅析

本文主要针对新疆粉粘土质山体滑坡病害实例,通过岩土工程地质勘察,对其病害成因进行了定性的机理分析和定量的力学模型计算,并根据分析、计算成果,结合生态环保特点,有针对性的提出了一整套综合治理措施,为今后该地区滑坡治理提出了一条新思路,对其他地区的类似土质滑坡治理也具有一定的借鉴意义.     

风积砂特性及其路用性能的研究

通过室内试验、原位测试以及对风积砂筑路的一些工程实例的分析,总结并证实了风积砂的特性,包括风积砂的物理、化学和工程力学等方面的特性。本文也研究分析了风积砂的路用性能,即通过合理的设计和采取合适的施工工艺,风积砂可以作为一种良好的筑路材料,这将很好地解决盐渍土翻浆、无砂石地区筑路费用高以及道路病害治理困难等方面的问题。     

上海暗绿色粉质粘土力学特性的试验与理论研究

上海暗绿色粉质粘土是桩基础的持力层,对这层土力学特性的研究具有重要的理论意义和实用价值.文章通过三轴固结不排水剪切试验对上海暗绿色粉质粘土进行试验研究,得到在不同围压下暗绿色粉质粘土的轴向应力、轴向应变和孔隙水压力等参数之间的关系,以及土样的破坏形态;在扰动状态概念理论的基础上,建立饱和软粘土的扰动状态概念本构模型,并利用有关试验的结果检验提出的本构模型.研究表明,基于扰动状态概念的本构模型能较好地描述该土层的力学特性.     

组合地层渗流作用下人工冻结软土冻融特性模型试验研究

人工地层冻结法是一种广泛应用于沿海隧道施工的方法,随着沿海地区越来越多地下工程建设,以砂-黏组合地层渗流为主要代表的复合地层给人工地层冻结法施工带来了新的挑战。本文依托浦东机场新建卫星厅联络通道冻结法案例,采用模型试验的方法模拟砂层渗流对上覆软黏土冻结过程的影响,设置不同渗流条件下的试验作为对照,分析了冻结法施工过程中,水在砂层中不同的渗流速度对上部软黏土冻融位移、温度场分布及含水率变化的影响;并通过图形处理软件对冻结过程中软黏土裂隙扩展进行分析。结果发现砂-黏组合地层中水在砂层的渗流会促进上部软黏土水分迁移,并促进软黏土裂隙的发展,引发融沉量增加、冻结壁发育不规则等问题。研究结果可为冻结法在砂-黏组合地层中的应用提供重要的理论依据及参考意义。     

粘土矿物对金属镉的吸附与解吸研究

通过以2:1型膨润土、1:1型高岭土为代表的粘土矿物吸附金属元素Cd和以醋酸、草酸和柠檬酸为代表的有机酸对粘土矿物吸附金属Cd的解吸作用研究,得出结果:粘土矿物对镉离子的吸附率随Cd浓度增大而下降;2:1型膨润土的吸附能力大于1:1型高岭土;三种弱酸对粘土矿物吸附的镉离子具有一定的解吸附能力,其中柠檬酸>草酸>醋酸,且对膨润土的解吸效率低于对高岭土的解吸效率.     

植物根系对低液限粉质黏土边坡浅层土体抗剪强度影响的试验研究

随着生态平衡和环保日益得到公众的认同和重视,工程边坡的生态修复与防护技术得到发达国家的重视,生态防护成为边坡灾害防治和水土流失控制的首选方案,代表着边坡防护的发展方向。本文采用等应变直剪仪对两种种植在低液限粉质黏土边坡上的抗旱耐瘠植物的根-土复合土体及素土进行室内剪切试验,探讨不同根系密度和含水量对抗剪强度的影响,结果表明:随着垂直压力的增加,土体抗剪强度随之增加;根系能显著增加土体抵抗剪切破坏能力,其中沙打旺提高土体抗剪强度的效果较锦鸡儿明显;随着根系密度的增加,抗剪强度随之增加;随着土体的含水率增加,根-土复合体抵抗剪切能力先增加后减小;植物根系对土体的内摩擦角影响不大,但对黏聚力影响较大,根-土复合土体抵抗剪切破坏的能力主要由黏聚力的提高决定。本文研究成果对华北地区低液限粉质黏土公路边坡生态防护技术及采煤矿区环境生态治理工程中的植物选择和配置,均具有重要的意义。     

废旧轮胎胶粉-黏土混合土的击实性能

废旧轮胎橡胶颗粒用于填埋场衬垫材料改性,有望提高衬垫系统的有效性。击实性能是衬垫设计和施工的基础,但目前缺乏针对性研究,击实机理不够明确。开展废旧轮胎胶粉-黏土混合土的击实试验研究,探讨橡胶颗粒粒径、掺入比等因素对混合土击实性能的影响规律和压实机制。研究表明,当橡胶掺入比从0增大到25%时,胶粉-高岭土的最优含水率增大,胶粉-红黏土的最优含水率减小,变化在2.4%范围内; 混合土的最大干密度从1.65gcm-3减小至约1.40gcm-3; 试验选用的橡胶颗粒粒径对最优含水率和最大干密度差异不显著。在击实过程中橡胶颗粒回弹和橡胶颗粒比表面积变化两种效应下,最优含水率随橡胶掺入比的增加表现出减小(大颗粒时)、不变和增加(小颗粒时)的变化规律,并与基质土的性质密切相关。给出了初步设计时改性黏土含水率和干密度的控制方法,能够基本满足规范中对压实黏土的含水率和压实度的要求,且其渗透系数小于1.010-7cms-1。     

北川土和粉细砂在降雨作用下泥石流启动的实验研究

北川地区的山坡坡面和沟壑中覆盖着由2008年5月12日汶川地震而产生的大量松散土石堆积体,并在震后的几个月到几年的过程中,因持续降雨作用经历了几次严重的山体滑坡和泥石流灾害。本文基于北川地质、地形和降雨等实地考察资料,对北川土和粉细砂两种斜坡堆积土,进行了一系列降雨条件下的泥石流启动室内模型试验,分析了降雨历时、雨强、土坡坡角、土体密度等因素对泥石流启动的影响,揭示了北川土和粉细砂在降雨作用下泥石流启动的过程和机理。结果表明：（1）北川土的泥石流启动过程仅经历了完全入渗阶段,泥石流启动所需的临界雨强相对较大;（2）粉细砂的泥石流启动过程经历了完全入渗、薄层和深层地表径流3个阶段,当雨强超过一定量时,坡度越大,泥石流启动所需降雨历时越长;（3）粉细砂和北川土泥石流的启动均是重力和渗流共同作用的结果,而重力和渗流作用的大小取决于土的颗粒大小和级配。本研究成果为降雨作用下北川地区的泥石流灾害预警提供了重要的参考依据。     

有机质、粘土矿物吸附和释放金的实验研究及地质意义

有机质、粘土矿物吸附和释放金的实验研究表明：有机质对金的吸附量是粘土矿物的６．８９倍,粘土矿物的混入降低了有机质对金的吸附和释放能力,在低于３００℃的加热条件下,有机质及粘土矿物释放金的能力较低。由实验结果理论推算出太阳顶群的板岩所提供的金量对拉尔玛金矿床的形成是微不足道的,不是该矿床的主要矿源层。