游离氧化铁对红色粘土工程性质的影响

我国南方有许多含有大量游离氧化铁的红色粘土(砖红壤),它们是在湿、热成土条件下形成的,具有由成份和结构引起的特殊工程性质。它们往往含水量高,孔隙比大,但力学强度仍然较高,即存在所谓物理指标和力学参数似乎相互矛盾的现象。本文着重讨论游离氧化铁对砖红壤的工程性质(如强度、膨胀特性等)的影响。研究结果表明,土中的游离氧化铁的形成、淋失和结晶程度的不同,土的工程性质也各异;土的物理力学性质会随周围环境的物理化学因素变化而变化。     

无定形态游离氧化铁脱水老化对粘性土物理性质的影响

无定形态游离氧化铁以其自身的特性及其脱水老化作用,对粘性土的物理性质、水理性质乃至工程性质产生了一定程度的影响。本文就粘性土的物理性质、水理性质及力学性质在无定形态游离氧化铁脱水过程中的变化进行了初步研究,期望对粘性土的土工测试方法及参数的合理测定有所裨益。     

粘性土(红土)中游离氧化铁含量对其工程地质性质的影响

通过试验, 本文就游离氧化铁在粘性土尤其是红土中富积含量的变化对土体工程地质性质产生的影响及其规律性做了初步研究。     

广西红土击实特性的影响因素及机理分析

红土是由原岩在湿热气候条件下经过红土化作用形成的具有高含水率、大孔隙比、较高强度和较低压缩性的一种特殊土。由于其特殊的工程地质性质形成了红土具有较大工后沉降的特性。目前,工程中普遍采用强夯的地基处理方法对其进行处理,对于夯后红土地基变形则通过现场监测结合室内试验的方法进行研究。笔者通过室内击实试验和击实后红土的高压固结试验,深入探讨影响红土击实效果和击实后压实性的主要因素,并对各影响因素进行影响机理分析。试验结果表明：红土的击实效果与击实功成正比,与黏粒质量分数、塑性指数、游离氧化铁质量分数成反比;击实后红土的压缩模量受含水率、干密度及饱和度等因素的综合影响,并且各因素的影响程度不尽相同;当含水率大于18%时,土体处于近饱和状态,含水率与干密度已经不能反映饱和红土的压实性了,即在实际的强夯工程上这种土的含水率不宜大于18%,否则会产生较大的工后沉降。     

干湿循环下云南加砂红土物理力学特性研究

针对不同加砂比例的云南红土,在相应最优含水率及最大干密度的初始条件下,采用土工试验与相关理论研究相结合的方法,运用Excel分析试验数据,揭示干湿循环作用与加砂红土物理力学特性变化之间的关系。结果表明:在干湿循环过程中,不同加砂比例的红土比重均呈先上升后下降的趋势,干密度均呈上升趋势,抗剪强度及抗剪强度参数均呈下降趋势,并最终都在循环10次左右趋于稳定。在干湿循环次数一定条件下,加砂比例越大的红土,其黏粒降幅越小,粉粒和砂粒增幅也越小,裂隙数量越少,土样越密实。抗剪强度及抗剪强度参数降幅最大的是加砂比例为15%的红土,降幅最小的是加砂比例为10%的红土。     

针对黏性土胶质联结特征的SEM-EDS试验研究

采用 “整区→微区→胶结点”的逐步分区测试方法,对湛江原状黏土与重塑土开展SEM-EDS试验研究,观察土体微观结构的胶质联结特征,确定胶结物质的元素组分及其空间分布状态,建立微观结构-化学物质-宏观力学行为的相互关系与灵敏性分析。结果表明,土的基本性质很大程度上取决于微观层面的颗粒联结特征。湛江黏土的结构单元实际上是以许多黏土矿物薄片堆叠而成的黏土畴,开放式的絮凝结构加上以游离氧化铁为主要成分的胶质联结特征是导致湛江黏土具有高灵敏性、强结构性的根本原因。当应力水平超过土体的结构屈服应力后,力学性能迅速劣化,结构单元体逐步转为联结强度弱,分散性强的凝聚体或叠聚体。研究还表明,土的颗粒联结强度、结构形态特征及其对结构强度的贡献是导致原状土与重塑土性质差异的本质,天然状态下的湛江黏土土性受控于微观结构特征,而重塑土土性受控于黏土矿物颗粒本性。     

湛江地区结构性软土的赋存规律及其工程特性

立足于土体演化的地质背景,以湛江地区第四系下更新统湛江组强结构性软土地层为依托,开展了宏观与微观土工试验研究,探求该区软土赋存规律与其强结构性的内在联系。研究表明,湛江软土是以陆相沉积为主的河控三角洲相(即海陆交互相)沉积层,由于受该区构造运动的强烈影响,该土集多种地质营力的复杂耦合作用而呈现出特殊的沉积特征;胶结作用是该土具有较高的结构强度的根本原因,其强结构性形成机理与当地广泛发育的红土极为相似。     

我国红土工程地质研究新进展及今后主要研究方向

通过大量的文献阅读,总结出了我国红土已有研究的主要进展,提出了今后的主要研究方向.我国红土研究取得的主要认识有以下几个方面：（1）湿热气候是红土形成的最主要的环境条件;（2）红土的形成是一个脱硅富铁铝的过程,高岭石、伊利石、绿泥石等粘土矿物是红土的主要组成物质;（3）团粒结构是红土的基本结构单元,它主要由粘土矿物通过静电引力、范德华引力连结或游离氧化物的胶结形成,具有很强的水稳定性和较高的力学强度;（4）红土是一种高分散度、低压缩性的区域性土,剖面上具有明显的力学分带性;（5）红土主要的工程地质问题是具有一定的胀缩性、底部常有软土和土洞分布、容易引起地基变形和地面塌陷.今后我国红土研究的主要方向是：红土形成年代和形成速率的研究、红土微结构定量化研究、红土剖面系统研究、红土的分区分类评价、红工测试技术的改进和开发、全国不同类型红土分布图的编制等.     

利用扫描电镜、压汞法、氮气吸附法评价近海黏土孔隙特征

近海地区黏土的微观结构单元--黏土畴中含有大量的粒内孔隙,其孔径小至纳米级,这部分孔隙对黏土的物理指标、水稳性、膨胀性、收缩性等具有重要影响,一般方法很难准确地描述其孔隙特征。试验利用扫描电镜、压汞法、氮气吸附法对湛江黏土的微观孔隙特征及其孔隙发育的控制因素分析,建立微观结构与物理指标、力学行为的相互关系与灵敏性分析。结果表明,湛江黏土具有不良物理性质和良好力学特性指标的异常组合,是一种高灵敏性的强胶结结构性黏性土,其机制主要是：湛江黏土的微观结构为带有胶质联结特性的、定向性无序的开放式絮凝结构,孔隙结构为具有较高的强度和空间稳定性的边－面－角联结的空间网架系统。由于特殊的孔隙网架结构以及“墨水瓶”型孔隙的存在,导致退汞过程出现滞留现象及产生吸附回线。研究表明,联合扫描电镜、压汞法、氮气吸附法能够准确、完整地对近海地区黏土孔隙体系特征进行定性与定量的评价。     

岩溶红土地基中的软土类型及其工程特性

根据岩溶红土地基软土的形成条件划分出了岩沟型、层间型及洞中型三种不同的软土类型,在此基础上,通过取样测试并结合前人已有成果,对不同类型软土的工程地质特性进行了分析。研究结果表明:(1)岩溶红土地基软土是一种与岩溶作用关系密切的特殊软土;(2)岩溶红土地基软土的天然含水量和压缩性均明显小而重度又普遍高于泻湖相软土;(3)60%的岩沟型残积软土其天然含水量均小于液限含水量;(4)岩溶红土地基软土的工程地质问题主要表现为地基不均匀沉陷、边坡失稳和诱发土洞塌陷等。基于岩溶红土地基软土形成条件及其工程地质性质比较特殊,建议把它叫作"岩溶软土",以示与其它成因软土相区别。     

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。     

竹城公路高液限土与红粘土路用性能的试验研究

通过详尽的室内试验,揭示了竹城公路高液限土与红粘土特殊的路用特性。针对其特点,采用石灰进行高液限土的改性试验,研究其物理力学性质和强度变化规律。研究结果表明,经石灰改性处理的高液限土,液限与塑性指数均降低,膨胀性显著减弱,CBR大幅提升,可用作高等级公路的路基填料。另外探讨了《公路路基设计规范》中关于高液限土与红粘土规定得不够严密的相关内容,为合理有效地利用高液限土与红粘土和补充或修订相应的技术规范做了必要的工作。     

雷州半岛玄武岩残积土的物质成分与结构特征

雷州半岛玄武岩残积土属于区域性特殊土,具有高液限、大孔隙比的较差的物理特性和高强度的较优的力学特性的异常组合,同时具有强收缩性、遇水湿化、易崩解的特殊性质。为探寻玄武岩残积土特殊的工程地质特性的机理,对其矿物成分、化学成分、结构形态、孔隙分布进行研究。结果表明,雷州半岛玄武岩残积土发育过程经历明显的富铝化、铁富集和盐淋失过程,黏土矿物以高岭石、三水铝石和伊利石为主,富含游离氧化铁、铝成分; 微观结构类型为凝块结构和絮凝结构,游离氧化铁作为胶结物质以包膜形式包裹颗粒形成团聚体,增强了土的结构强度; 孔隙以溶蚀孔隙以及团粒和絮凝体内微孔为主,微孔具有较大的比表面积和吸附能,吸水会产生较大的表面张力,引发软化、崩解现象。由于雷州半岛玄武岩残积土具有对水敏感,抗水性差特点,施工中应重点关注降雨引发的工程灾害。     

水泥加固红土的受力特性及其微结构特征

水泥加固红土的击实、剪切、压缩和渗透等受力特性及其微结构特征受到水泥加入比例和试样养护时间的影响。研究结果表明,水泥加固红土存在最佳击实制样时间,水泥加入越多,最大干密度越大、最优含水率越小。其抗剪强度和抗剪强度指标随水泥加入比例的增加和试样养护时间的延长逐渐增大,但增大的程度逐渐减慢,对粘聚力的影响大于对内摩擦角的影响;其压缩性和渗透性随水泥加入比例的增加和试样养护时间的延长显著减小,但减小的程度逐渐变缓;水泥加入比例的影响大于试样养护时间的影响。实质上,水泥的加入和试样的养护导致水泥加固红土呈现出包裹、填充和胶结的微结构特征,引起水泥加固红土的击实、剪切、压缩和渗透等力学特性的宏观变化。     

南阳膨胀土裂隙面强度试验研究

裂隙性是膨胀土的基本特性之一,膨胀土中原生裂隙面的存在往往导致膨胀土边坡的失稳。选取南水北调中线工程南阳段膨胀土进行裂隙面强度特性试验,提出了裂隙面强度三轴试验新方法。首次将计算机X射线断层扫描技术引入裂隙面的强度试验,通过测量裂隙面真实产状,准确分析裂隙面上的破坏应力,提出了裂隙面强度参数的整理方法。研究成果表明,裂隙面的峰值强度不仅远小于两侧土的峰值强度,而且也小于两侧土的残余强度;裂隙面强度较低的原因主要是其具有较高的含水率、蒙脱石含量以及颗粒排列定向度。地下水淋滤作用对于膨胀土裂隙面存在3个方面的影响：微观上使得膨胀土中铁的氧化物由三价转变为二价,形成与两侧土颜色完全不同的灰白色裂隙黏土;细观上改变了母体土的矿物成分和颗粒排列结构,使得裂隙填充物具有较高的蒙脱石含量和颗粒定向度;宏观上形成了裂隙面与两侧土体力学强度的显著差异。     

淋溶时间对红黏土物理力学特性的影响

以湖北省鄂州市庙岭镇的红黏土为研究对象,以化学选择溶解法结合淋溶作用为处理手段,将原状土样中的游离氧化铁按梯度去除,获得连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠(DCB)溶液淋溶时间与除铁率的关系,并分析了不同淋溶时间对红黏土物理力学特性及微观孔隙结构的影响。试验结果表明,DCB溶液淋溶时间与除铁率相关性较强,除铁率与时间呈先快速增长后逐渐稳定的关系。由于游离氧化铁在土颗粒间主要起胶结作用,故淋溶时间对红黏土的物理力学特性有较大影响。随着淋溶时间的增长,黏粒与胶粒含量逐渐增大,耐热性小幅提升,无侧限抗压强度显著减小,且无侧限抗压强度变化整体趋势为前期急剧降低至后期趋于平稳。核磁共振、差热分析和电镜扫描的结果表明,随着淋溶时间的增大,庙岭红黏土内部孔隙增大,自由水减少,结合水增多,微观形态上团粒结构遭到破坏,胶结物质明显减少,结构形式从紧凑的粒团堆叠结构逐渐转化为聚集体-松散颗粒状结构。     

淋溶时间对红黏土物理力学特性的影响

以湖北省鄂州市庙岭镇的红黏土为研究对象,以化学选择溶解法结合淋溶作用为处理手段,将原状土样中的游离氧化铁按梯度去除,获得连二亚硫酸钠-柠檬酸钠-碳酸氢钠(DCB)溶液淋溶时间与除铁率的关系,并分析了不同淋溶时间对红黏土物理力学特性及微观孔隙结构的影响。试验结果表明,DCB溶液淋溶时间与除铁率相关性较强,除铁率与时间呈先快速增长后逐渐稳定的关系。由于游离氧化铁在土颗粒间主要起胶结作用,故淋溶时间对红黏土的物理力学特性有较大影响。随着淋溶时间的增长,黏粒与胶粒含量逐渐增大,耐热性小幅提升,无侧限抗压强度显著减小,且无侧限抗压强度变化整体趋势为前期急剧降低至后期趋于平稳。核磁共振、差热分析和电镜扫描的结果表明,随着淋溶时间的增大,庙岭红黏土内部孔隙增大,自由水减少,结合水增多,微观形态上团粒结构遭到破坏,胶结物质明显减少,结构形式从紧凑的粒团堆叠结构逐渐转化为聚集体-松散颗粒状结构。     

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。     

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。     

昆明红土微观结构特征参数分析

红土的特殊物理力学性质主要是由它的微观结构特征决定的。分析了昆明红土在电子显微镜下的微观结构特征,从经过处理的红土微观结构照片中提取了面积比例、平均周长、最大面积、圆形度、复杂度、定向度和分布分维等定量化参数,并将这些定量化参数与红土的物理力学性质之间建立了联系。