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。     

Si/Ca复合体系改性分散土的崩解特性及作用机制研究

分散土具有遇水分散流失的特性,在工程实践中常采用石灰、水泥等进行改性,但存在环境污染等问题。选取纳米硅溶胶和氯化钙组成Si/Ca复合体系作为分散土的改性材料,采用针孔试验、泥球试验、分散崩解试验研究改性效果,通过物理化学性质等试验分析作用机制。试验结果表明,单一纳米硅溶胶在25%掺量下可完全消除分散性;单一氯化钙在0.40%掺量下可完全消除分散性;1%纳米硅溶胶与0.05%氯化钙组成的Si/Ca复合体系可完全消除土体分散性,有效减少单独使用两种材料的掺量。纳米硅溶胶改性土的崩解过程与分散土存在差异,其最终崩解时间较短,且崩解速率更稳定;与氯化钙共同作用时,最终崩解时间进一步缩短,崩解速率增大。Si/Ca复合体系改性分散土的作用机制包括降低土体的交换性钠离子百分比和pH、形成水化硅酸钙等。研究表明,由纳米硅溶胶和氯化钙组成Si/Ca复合体系可有效改性分散土。     

马家树水库大坝防渗土料分散性判别和改性试验

基于分散性土修建挡水建筑物易受破坏而造成工程安全事故等因素考虑,开展双比重计试验、碎块试验、针孔试验、孔隙水阳离子试验和交换性钠百分比试验,对马家树大坝防渗土料的分散性及其改性措施进行研究。试验结果表明,马家树大坝防渗土料属于低液限黏土,易溶盐和饱和孔隙水溶液中含有大量的钠离子,酸碱度呈强碱性或极强碱性;土样中的黏土矿物主要以伊利石为主,含有少量的高岭石、绿泥石和蒙脱石;分散性试验综合判别土料属于分散性土和过渡性土;石灰剂量为0.25 %时就对分散性土产生显著改性作用。研究表明,黏性土产生分散性的主因是土体中含有较多的钠离子和酸碱度呈强碱性;石灰是一种有效的分散性土改性剂。     

基于黏性土分散机制的分散性土化学改性研究

分散性土具有遇水易分散的特性,可导致堤坝等水利工程的冲蚀破坏。基于黏性土分散机制的研究,选用AlCl3• 6H2O、MgCl2•6H2O、CaCl2及CaO作为分散性土的化学改性材料,采用针孔试验和碎块试验对其改性效果进行判别和比较。试验表明,上述改性材料均可将分散性土改性为非分散性土,显著提高土体的抗冲蚀能力。结果说明：在分散性土中掺加高价态阳离子的可溶性盐,通过置换土粒表面钠离子或降低土体碱性,减小颗粒扩散层的厚度,可抑制土体的分散性,从而达到改性的目的;根据黏性土分散机制以及改性试验结果,提出了分散性土化学改性的原则,即改性材料中含有高价态的可溶性阳离子,或改性材料呈酸性,且环境友好,价格低廉,施工方便。     

黏土掺入生物炭后的持水特性及其影响机制

生物炭具有疏松多孔、高比表面积和强吸附等特性,在土体改良以及修复受污染土体方面展现出应用潜力。添加生物炭可改善土体结构,进而增强土体持水特性等,其中,生物炭掺量和粒径对改良效果有较大的影响。为了研究生物炭掺量和粒径对生物炭?黏土混合土持水特性的影响,通过蒸汽平衡法控制土样的吸力,确定吸力平衡后土样的含水率和体积等,得到吸湿过程中不同生物炭掺量（0%、5%、10%和15%）、不同粒径范围（＞74、40～74、20～40 μm和＜74 μm）生物炭?黏土混合土在高吸力（3.29～286.7 MPa）范围的土?水特征曲线,并结合扫描电镜（SEM）和压汞（MIP）试验结果分析其微观孔隙结构。试验结果表明：（1）当掺入生物炭的粒径较小时,随着生物炭掺量的增加,土样的持水特性有较明显的提高,随着掺入生物炭粒径的增大,生物炭掺量对土样的持水特性影响不大。（2）当生物炭的掺量较少时,不同粒径生物炭?黏土混合土的土?水特征曲线基本相同,随着生物炭掺量提高,小粒径生物炭对混合土持水特性的影响逐渐显现。（3）由生物炭?黏土混合土微观孔隙结构的演变规律进一步阐释生物炭掺量、粒径对生物炭?黏土混合土持水特性的影响机制。     

改良膨胀土在合蚌高铁路基填料中的应用

分析合蚌高铁沿线分布的膨胀土的工程特性,通过对沿线地区所取典型土样的室内试验,得到自由膨胀率、颗粒组成等试验指标,通过对多个典型取土场的土样进行不同掺灰率的试验,根据强度、胀缩性和水理性等指标确定合蚌高铁石灰改良膨胀土的合理掺灰率。     

全吸力范围生物炭−黏土混合土的土−水特性

土−水特征曲线在研究非饱和土的水力与力学特性中发挥着重要的作用。生物炭具有多孔结构、高比表面积和强吸附的特性。将生物炭改性土应用于垃圾填埋场上覆盖层,因受自然环境因素的影响会使其水力特性发生改变。为了研究全吸力范围内生物炭掺量对生物炭−黏土混合土保水特性的影响,利用蒸汽平衡法（吸力范围 3～368 MPa）、滤纸法（吸力范围 0 ～40 MPa）和压力板法（吸力范围 0～1.5 MPa）控制土样的吸力,测定吸力平衡后土样的含水率和饱和度,得到全吸力范围内生物炭−黏土混合土的土−水特征曲线。试验结果表明：（1）3种吸力测试方法很好地表达了生物炭−黏土混合土全吸力范围内的土−水特征曲线。（2）生物炭能够影响黏土的保水性,但在一定的吸力范围内,生物炭−黏土混合土的保水性还与孔隙结构和孔隙中水的形态相关。（3）通过压力板法测得,试样的进气值随着生物炭掺量的增加而减小。当吸力值小于进气值时,曲线出现水平段,土样始终处于饱和状态,生物炭掺量越大,试样的保水性越好。（4）由生物炭−黏土混合土微观孔隙结构以及生物炭在黏土中的分布形态来解释生物炭改性黏土的保水能力随生物炭掺量的变化关系。     

冻融循环对土体分散性的影响及微观机理分析

以吉林乾安地区土样为研究对象,通过对经历不同冻融循环次数的原始土样及改性后土样进行分散性测试和电镜扫描试验,利用MATLAB图像处理软件、CIAS裂隙定量分析程序对土样裂隙进行定量处理,探究循环冻融作用下土体分散性的变化规律与土体裂隙参数之间的关系及其微观机理。结果表明：(1)未经明矾处理的土样分散性随冻融循环次数的增加而增加,经明矾处理的改性土样在有限次(20次)冻融循环条件下分散性不发生变化;(2)冻融循环作用下结构单元体破碎,使土样中细粒含量增加从而使土体分散性增强,同时新形成的裂隙将土体切割成大小不一形状各异的块体,进而加剧了土体的分散性;(3)裂隙参数中,裂隙分形维数与土体分散性等级值相关性较好,裂隙率次之;(4)明矾中的铝离子替代了土颗粒表面的钠离子,增大了土颗粒之间的吸引力,从而降低了土体的分散性,且试样分散性受冻融循环条件的影响较小,因此明矾可作为一种良好的改性剂用于治理季冻区分散性土。     

加石灰改性后膨胀土的工程性质研究

膨胀土掺石灰后其性质有很多改变。通过对荆宜高速公路膨胀土的石灰改性试验,得到了膨胀土加石灰后的工程性质的变化规律,如自由膨胀率、膨胀量、收缩率、塑性指数下降、抗剪强度与CBR增加等。从而为改善膨胀土的工程性质以满足工程设计的要求提供了可靠的试验数据。     

石灰及其外加剂固化天津滨海软土的试验研究

天津滨海软土力学性质较差,不能直接满足工程需要,在软土中加入固化剂能有效提高软土的工程力学性能,但若在固化剂中再添加适量外加剂,又能再次提高固化土的强度。本文以石灰作为主剂,水泥、石膏作为辅剂改良天津滨海软土,以无侧限抗压强度作为固化效果判断标准,同时进行相应的微观结构测试,并对破坏后的试样进行抗压试验。试验结果表明:水泥的最佳掺量仅随石灰掺量不同而变化,如12%的石灰固化土中,水泥掺量不超过3%可以最好地提高石灰固化土强度; 石膏则不能改善土体强度,并且会使土体水稳定性差,遇水开裂。纯石灰固化土及掺外加剂的石灰固化土都是低压缩性土,各种力学性质都得到明显提高,其破坏形式为脆性破坏,破坏后强度很低且不能恢复,在实践中值得重视。微观结构分析表明:固化土中有CSH网状胶凝(水化硅酸钙)、针状钙矾石、无定形文石(CaCO3)、Ca(OH)2晶体等能够填充孔隙、胶结颗粒的物质生成,有效、适量的生成物有利于固化土强度的提高。土体中总孔隙个数及总颗粒个数都随荷载的增加而增多,孔隙面积、孔隙等效直径及颗粒等效直径都随荷载的增加而减少。     

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。      

分散性黏土研究现状与展望

分散性黏土抗水蚀能力很低,对水利工程、道路工程等建筑物的安全性造成严重威胁,是近年来岩土工程界比较关注的特殊土类之一。由于分散性黏土发现较晚,工程实例较少,对分散性黏土的研究不够深入。文中从发现历史与工程危害、地质条件与分布规律、试验鉴别方法与工程特性、分散机制与微观结构、工程应用等方面对分散性黏土的研究现状进行了分析总结,提出研究中存在的若干问题及研究方向。     

黄土抗震陷变形的酸改性方法及其微观结构分析

低黏性粉质黄土的架空弱胶结微结构,导致这种黄土在动荷载作用下呈现出强度低、震陷变形大的现象,为黄土场地地基处理提出了挑战性的技术难题。黄土结构改性是通过改变其微观结构,达到有效降低震陷变形和湿陷性等为目的。本文采用酸改性方法处理黄土,即通过加入有较强分散和胶结效果的硼化合物作为主要改性物质;加入轻质碳酸钙等填料,调整原状土的颗粒粒径级配;以磷酸稀释液调解土的pH值。对改性土样进行震陷等试验测试对比,确定最佳配方,同时分析改性前后微观结构和能谱的变化。结果表明,酸改性方法能有效改善黄土的微观结构,使得土样的震陷变形系数明显降低。并且所添加的改性原料无毒,不会对土层产生污染。     

合徐高速公路膨胀土路基填料的试验研究

膨胀土路基掺石灰率应通过物理与力学性质、胀缩性、水稳性等试验来确定，本文对合徐高速公路(合肥段)膨胀土路基填料不掺石灰和掺石灰处理后的胀缩性及物理、力争性质进行了试验研究，得出了掺石灰对改善膨胀土路基填料工程性质的影响，并对不掺石灰和掺石灰处理后的填料进行了膨胀及收缩变形量的估算，论述了膨胀土特性及处理方法，供同行参考。     

石灰改性红砂岩残积土工程性质试验研究

为研究石灰改性红砂岩残积土的工程性质并确定最佳掺量,以恩施地区红砂岩残积土为研究对象,制备不同石灰掺量的改良土试样,并进行击实、压缩、无侧限抗压试验。结果表明,随着石灰掺量的增大:改良土最优含水量逐渐增大,最大干密度逐渐减小;改良土压缩系数先减小后增大,压缩模量先增大后减小,对应的最优石灰掺量为7%;改良土无侧限抗压强度先提高后降低,对应的最优石灰掺量为9%。出现上述规律的主要原因是:石灰发生的水化、离子交换、碳酸化、结晶等作用,增强了砂土颗粒之间的黏结,提高了土的整体性,使石灰土压缩、强度特性得到改良。然而,过多的石灰会以自由灰的形式存在于土颗粒空隙之间,导致土体的压缩变形量增大,无侧限抗压强度降低。     

石灰改良粉土的冻胀特性试验研究北大核心CSCD

粉土因毛细水发育表现出较强冻胀特性,在冻土区建设中需关注其冻害问题。土中掺入石灰是一种常见的化学土质改良方法,但石灰对粉土的冻胀特性影响尚不清晰。为研究石灰改良粉土的冻胀特性和效果,进行了开敞系统下的一维冻胀试验,分析不同掺灰量下的温度场、变形场和水分场变化规律和机理。研究发现:土样随掺灰量增大,其冻结深度先增大后减小,冻胀量和补水量持续减小,而冻胀率先减小后增大,各指标呈不同变化规律,冻胀特性复杂;一定条件下提高掺灰量可减小冻结深度和冻胀量直至低于素土,土样抗冻性提高;而随着掺灰量变化,石灰改良粉土的冻胀率始终高于素土,土样抗冻性改良不显著。因此,在实际工程中,不能仅通过单一指标评价石灰改良粉土的效果,需结合冻结深度、冻胀量和冻胀率三个指标,综合评价石灰对粉土抗冻性的改良效果。     

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。     

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。     

衡水湖地区湿地湖泊相黏土工程地质特性研究

为了揭示湿地湖泊相黏土的工程地质特性,以衡水湖地区的湿地湖泊相黏土为研究对象,分别对湿地湖泊相黏土的沉积环境、沉积历史、分布特征及地层结构进行讨论,并将由室内和现场试验得到的物理力学指标、颗粒分布、矿物组成和微观结构特征等结果同其他地区的软土进行对比分析。结果表明:湿地湖泊相黏土的物理指标接近或达到软土标准,但力学指标好于软土。由于湿地湖泊相黏土具有明显的结构性,当应力水平超过土的结构屈服应力后,土体的强度和变形会发生突变。湿地湖泊相黏土的胶粒含量达到39%,明显高于其他软土,同时磁铁矿含量较高,易形成氧化铁胶结物,增强土体的胶结特性,形成更为稳定的结构骨架。研究可知湿地湖泊相黏土物理指标与力学指标不匹配的问题,主要是由于其特殊的矿物组成和结构形式导致的。土颗粒形态、颗粒接触方式与微观结构形式的不同,是湿地湖泊相黏土与其他软土工程性质差异的主要原因。     

分散土分散性影响因素及其判别方法初探

分散土遇水分散的特性是造成分散土地区堤坝、渠道边坡、道路边坡被冲蚀和管涌破坏等的重要原因,开展土体分散性判别工作是分散土地区进行工程建设的重要前提。首先通过针孔试验、碎块试验等对分散土进行判别,随后基于扫描电镜、X衍射等试验,研究分散土的分散机制及微观结构,分析土体分散的主次要影响因素。针对标准吸湿含水率与土体矿物成分蒙脱石含量具有较强线性关系的情况,大数据总结典型分散性黏土的蒙脱石含量与pH值分布特点,提出基于标准吸湿含水率+p H值测试的土体分散性的综合判别法,并给出相应的判别指标及判别程序,最后采用工程实例进行了验证。结果表明：具有一定的蒙脱石含量以及较高的p H值赋存环境是土体具备分散性的物质基础和环境保障;若土体中的蒙脱石含量≥10%且pH≥8.5,则可判断为分散土;不在此区间的土料仍需采用土的分散性判别方法及野外调查结果来综合判断土的分散性。