处治红黏土团粒的表层硬化与粒间胶结效应

红黏土易成团,难以打散,用石灰等处治时,实际附着于团粒表面,造成内外混合不均匀。以两种团粒尺寸分布的红黏土(D_(max)=5.0 mm和D_(max)=0.5 mm)为研究对象,开展收缩、压缩和直接剪切等水-力特性试验,评价处治红黏土团粒表层的硬化与粒间胶结效应。研究表明,黏土的团粒尺寸、含水率和处治方式显著影响处治效果。与仅用石灰处治方式相比,偏高岭土-石灰联合处治的方式更好,其压缩性降低、黏聚力提高且收缩性减少;不过,红黏土的团粒尺寸大小也会影响处治效果,团粒尺寸大者的水-力性能改善效果不如尺寸小者。由此推测,经过处治后,红黏土团粒表层形成了"硬壳",提高了团粒的抗压缩能力和表面粗糙度;团粒之间形成了胶结,抑制了其收缩行为,而且提高了黏聚力;但当团粒尺寸变大后,偏高岭土-石灰处治的影响范围局限于团粒表层,团粒尺寸效应削弱了偏高岭土-石灰的处治效果。     

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。     

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。     

偏高岭土增强石灰-水泥固化淤泥的耐久性研究

淤泥富含有机质,分解后产生腐殖酸,进而影响淤泥固化效果。仅掺入12%水泥固化淤泥,当标准养护期超过60 d,其强度不增反减。联合掺入3%石灰和12%水泥,固化淤泥的pH值持续180 d处于10.5以上;无侧限抗压强度由750 kPa(养护期28 d)提升到1 500 kPa(120 d),说明借助石灰营造强碱性环境,可以提高水泥固化淤泥的强度;但养护到180 d后,其强度又降到1250k Pa;钙离子浓度变化规律表明,这是由于腐殖酸溶蚀水泥和石灰的水化胶结物所致。借助偏高岭土卓越的火山灰反应能力,掺入3.0%偏高岭土,提升石灰(3%)-水泥(12%)固化淤泥的耐久性,发现180 d养护期内,其强度始终处于增长趋势,究其原因是偏高岭土富含无定形硅、铝氧化物,具有快速捕获氢氧化钙溶液中钙离子的能力,形成稳定的胶结物,而且不易受腐殖酸的侵蚀作用,证明偏高岭土能够有效提升石灰-水泥固化淤泥长期强度。     

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。     

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。     

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pH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。     

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。     

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。     

生石灰改良黄土的微观机制试验研究

为探究石灰掺量对黄土强度的影响规律及其微观机制,采用不同比例的生石灰对黄土进行改良。开展了直剪试验、压汞试验及扫描电镜测试,定性和定量分析素黄土及不同石灰掺量改良黄土的强度特性和微观结构变化规律,并对石灰改良黄土的微观机理进行较为深入的分析。结果表明:石灰改良黄土的抗剪强度参数随着石灰掺量的增大出现先增大再减小的变化规律,在石灰掺量约为8%时,其黏聚力和内摩擦角达到最大值;石灰的掺入使黄土骨架颗粒之间及其表面附着的胶结物逐渐增多,孔隙被胶结物质填充,土体中的不稳定孔隙逐渐减少,整体性增强;但当石灰掺量过大时,多余的石灰会堆积于团粒之间,影响团粒之间的胶结。石灰改良黄土强度提高的原因是石灰水化反应生成的胶结物质增强了土颗粒之间的胶结程度,增大颗粒间的相互摩擦,使土体结构更加稳定,提高土体强度;石灰掺量过高时,改良黄土抗剪强度降低是因为过量的石灰影响了土颗粒之间的胶结作用。研究成果既是对黄土强度特性及微观结构理论研究的丰富与充实,又可以为改良黄土工程设计的相关参数选取提供参考依据。      

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。     

陕西宝鸡市三趾马红土工程地质特性及灾害效应

陕西宝鸡市渭河北岸地区厚层黄土底部普遍存在一套三趾马红土,其物理力学特性控制着滑坡灾害的发生。通过试验分析发现：①三趾马红土粘粒含量高（一般在37%~55%之间）、蒙脱石或伊利石/蒙脱石类膨胀性粘土矿物含量大（相对含量55%~75%,绝对含量21.99%~33.98%）、有效蒙脱石含量为18.61%~27.56%,比表面积平均值为204.7m2/g,最高达262.9m2/g,属于膨胀性粘土,物理化学活性强;②三趾马红土微裂隙发育、胶结程度差、易崩解,天然状态下为坚硬粘土,饱水后呈现可塑—软塑态,具显著膨胀性;③三趾马红土的天然强度相对较高,而遇水饱和后,粘聚力和内摩擦角明显降低,峰值强度和残余剪强度降幅在47%~63％之间。因此,三趾马红土在地下水作用下强度显著降低,成为高陡斜坡中的软弱地层,形成剪切带,控制着渭北黄土塬边地区滑坡的发育与分布。     

Experimental study on mechanical properties and pore characteristics of the modified lime mortars under freee-thaw cycles北大核心CSCD

石灰土作为路基填料代替宕渣是一种较为经济的方案,但灰土初始强度低、硬化速率慢、碳化时间长,不利于快速施工,需要进行改良研究。利用偏高岭土与石灰发生火山灰反应的原理改良灰土,通过单轴压缩试验和三轴压缩试验,分析改良灰土冻融循环条件下力学参数变化规律,利用图像处理技术提取改良灰土图像表面孔隙,建立孔隙率与强度的关系,并通过研究龄期、石灰含量和含水率变化规律,分析偏高岭土改良灰土的机制。结果表明：偏高岭土能够有效提高灰土材料反应速率,改善灰土力学特性;偏高岭土在一定程度上能够恢复冻融循环导致的灰土力学性能损失,降低冰晶体产生的孔隙;灰土强度达到最优后,其强度随着石灰的增加而降低,而经偏高岭土改良后其强度将继续增加;火山灰反应比灰土碳化过程消耗更多的水分,有效提高了灰土的抗冻性能。     

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。     

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。     

Imprints of environmental pollution on laterite/clay and groundwater of Eloor-Kalamassery Industrial Belt,Kerala State,India

The role of laterites and clay in the adsorption of trace elements and consequent remediation of contaminated water from toxic elements has been studied. Laterite, clay and associated water samples from industrially and biologically polluted rivers and wells from Eloor-Kalamassery are analysed for Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Bi, As, and Hg contents. The cation exchange capacity of the clay-organic matter components from the in situ and transported laterites and clay in differing environments of pollution are responsible for the reduction and depletion of toxic elements concentrated in the polluted water medium. Adsorption of toxic elements by laterite has further been corroborated by a simulation experiment conducted in the laboratory. An artificial laterite bed was prepared and water containing known amounts of Cr, Zn, Ni and Mn were allowed to flow overnight through the bed at uniform rate. Analysis of artificial laterite bed shows enrichment of Cr, Zn, Ni, Mn, indicating the absorbent properties of laterite.     

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.