纳米膨润土改良红黏土力学特性机理分析

为研究纳米膨润土对桂林红黏土的改良效果,通过三轴试验、X射线衍射试验、X射线荧光光谱分析试验和扫描电镜试验,分析不同掺量的纳米膨润土对红黏土力学性质的影响,并探索改良土的作用机理。结果表明,红黏土的抗剪强度、粘聚力、内摩擦角随着纳米膨润土掺量的增加呈先增大后减小的趋势,最优掺量分别为2.23%、2.87%、1.76%,当纳米膨润土掺量相同时,抗剪强度与围压成正比例关系;纳米膨润土使红黏土中高岭石、赤铁矿的半定量增加,石英的半定量减少,并且使化学成分中Al_2O_3、Fe_2O_3分别提高了5.67%、1.93%;加入纳米膨润土后,红黏土的结构从粒团结构变化至絮状结构,颗粒间由点点接触转变为面面接触,颗粒的边缘轮廓变得模糊,孔隙率、分型维数降低,结构致密性增强。     

木质素改良红黏土的抗剪能力及动剪切特性研究

针对红黏土具有高含水率、高塑性、高孔隙比等不良工程性质，不宜直接作为路基填料这一现象，采用静三轴、动三轴试验方法研究了干湿循环下木质素改良红黏土抗剪强度指标(黏聚力和内摩擦角)及动剪切模量变化规律。结果表明，木质素可以显著提高红黏土的抗剪强度指标和动剪切模量，抗剪强度指标及动剪切模量随木质素掺量的增加先增加后减小，最佳掺量在9%～12%。木质素改良红黏土动剪模量与动应变关系可用H-D模型表示。改良土与素土最大动剪切模量与木质素掺量关系可以用三次函数表示。素土与改良土最大动剪切模量与围压关系可以用过原点的线性函数表示。经历相同次数的干湿循环，改良土抗剪强度指标及动剪切模量均较素土有明显提高，抗剪强度指标与干湿循环次数关系可以用倒数函数表示。建议在实际工程中木质素掺量为9%,养护时间为1 d。     

桂林地区酸污染红黏土力学效应弱化试验

选取具有代表性的桂林市雁山区红黏土作为试验土样,以盐酸为酸污染物,配置3种不同质量分数的酸溶液,将盐酸溶液的质量分数和红黏土在酸溶液中的浸泡时间作为影响因素,对酸污染红黏土的力学性质进行了研究,以揭示酸污染红黏土力学效应弱化机理。研究结果表明:酸污染红黏土的压缩性增强,抗剪强度降低,黏聚力减小,且随着盐酸质量分数的增加和浸泡时间的延长,这种弱化更加明显。污染红黏土中Fe2O3和Al2O3的减少、Si O2的增加、Ca CO3和MgCO3的溶解及离子交换,是导致污染红黏土力学性质弱化的根本原因。     

碱污染下红黏土强度指标变化的微观角度分析

为了研究碱性环境条件下桂林红黏土强度指标变化机制,对不同质量分数NaOH溶液污染下的红黏土开展直剪试验、物化分析试验、颗粒分析试验以及比表面积试验,进而探究地基土体宏观力学指标与微观结构之间的关系。研究结果表明:随着NaOH质量分数的增加,黏聚力逐渐增大,内摩擦角逐渐减小。随着孔隙溶液中Na~+质量分数的增加,微小土颗粒向黏粒转化,使黏粒质量分数增加,黏聚力增加。Na~+的加入引起土体内部孔塌陷,造成比表面积减小,黏聚力提高。本文从微观层面-矿物成分、土粒尺度和比表面积角度,分析了碱污染下红黏土强度指标变化的机理,发现碱污染状态下红黏土矿物成分被腐蚀引起颗粒内部孔塌陷,部分更微小的胶粒颗粒转化为稍大的黏粒颗粒,从而造成单位质量内土的比表面积减小。     

桂林地区酸 、碱污染红黏土力学效应弱化试验研究

为了研究酸、碱污染对红黏土力学性质的影响,分别使用酸(HCl)溶液和碱(NaOH)溶液对桂林雁山红黏土进行浸泡,考虑酸浓度(0、1%、4%、8%)和养护时间(7,14d),碱浓度(0、4%、8%、12%)和养护时间(7,14d)双因子因素,通过室内试验,包括固结试验、三轴试验(UU)和直剪试验(快剪),分析酸碱污染对桂林雁山红黏土压缩性指标和抗剪强度指标的变化。试验结果表明:1)红黏土在HCl和NaOH中浸泡后,其压缩模量、黏聚力与内摩擦角逐渐减小,且随着酸、碱浓度及养护时间增加,减小的幅度增大;2)对比经HCl和NaOH浸泡红黏土,在相同养护时间下,经HCl浸泡红黏土的压缩模量、黏聚力的变化程度大于经NaOH浸泡红黏土的变化,内摩擦角反之;3)随着养护时间增加,经HCl浸泡的红黏土黏聚力与内摩擦角的变化程度小于经NaOH浸泡红黏土的变化,压缩模量反之。对试验结果分析后认为:在酸碱溶液作用下,红黏土的化学成分、颗粒大小及形状都将发生变化,使其原本稳定的结构状态发生改变,导致桂林地区酸碱污染红黏土力学效应弱化。     

改良云南红粘土强度特性研究

摘要：为了研究纤维、纤维水泥对云南红粘土强度的影响,对改良后的红粘土进行了直剪试验和无侧限抗压试验。试验结果表明,往红粘土掺入纤维、纤维水泥后,其强度有了显著的改善。随着纤维含量增加,改良红粘土的抗剪强度先增加后减小,掺入量0.05%~0.15%时有明显改善;无侧限抗压强度随着纤维掺入量的增加而增强。在水泥掺入量一定时,改良红粘土的无侧限抗压强度随着纤维掺入量和龄期的增加而增加。相对于纤维改良红粘土而言,纤维水泥对云南红粘土无侧限抗压强度改善更为明显。     

锌污染红黏土的力学性质与微观结构试验

通过三轴试验和扫描电镜试验,分析了污染红黏土的力学特性与锌离子掺量的关系,探讨了不同锌离子掺量下污染红黏土的微观结构变化。研究结果表明:重塑红黏土应力-应变关系曲线呈硬化型,围压和抗剪强度呈正比,土颗粒主要以叠片状、块状单元等凝聚形式搭建结构骨架。锌离子掺量越高,红黏土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角越小,整体孔隙逐渐增多,孔隙率和分型维数越大,结构越不稳定。     

含水率及压实度对排土场岩土抗剪强度的影响

为揭示岩土抗剪强度对排土场稳定的影响规律,采用直剪实验测定不同含水质量分数及压实度状态下岩土的抗剪强度,得到含水质量分数及压实度对岩土抗剪强度的影响规律.研究结果表明:岩土的抗剪强度、粘聚力和内摩擦角是含水质量分数和压实度共同影响的;压实度相同时,随着含水质量分数增加,岩土抗剪强度降低,并存在最优含水质量分数,超过该值时抗剪强度显著下降,此外粘聚力先缓慢减小后急剧下降,内摩擦角小幅度减小;含水质量分数相同时,随着压实度增加,岩土抗剪强度线性上升,粘聚力先缓慢增大后快速增大,内摩擦角增加较小.     

海口红黏土大型单剪试验研究

利用自制的大型单剪仪对海口红黏土重塑土样进行了不同含水率条件下的大型单剪试验,并用所获得的抗剪强度指标与直剪进行比较,大型单剪仪能更好地观察土体的变形特征及剪切破坏带。分析了红黏土抗剪强度指标在直剪、大型单剪试验中的异同,及其与含水率的变化关系。结果表明,海口红黏土的抗剪强度及其抗剪强度指标与含水率负相关,且含水率与黏聚力、内摩擦角的关系均能用二次函数进行拟合。其中,含水率对黏聚力的影响较大。此外,红黏土在单剪试验中的剪切破坏带随含水率的变化而变化,而直剪试验中的剪切面是人为固定的,这是造成红黏土单剪抗剪强度与内摩擦角低于直剪的原因。     

刺槐豆胶改良黏土的抗冲刷及抗崩解性能研究

为解决广西阳朔地区河道岸坡处红黏土工程地质稳定性差的问题，拟采用刺槐豆胶对该地区红黏土进行改良.通过一系列冲刷及崩解试验，探究了刺槐豆胶掺量及养护龄期对刺槐豆胶改良黏土抗冲刷及抗崩解特性的影响.试验结果表明：刺槐豆胶改良黏土的抗冲刷强度和抗崩解性能主要受刺槐豆胶掺量的影响；随着刺槐豆胶掺量的增加，刺槐豆胶改良黏土的抗冲刷系数呈现先增大后减小的规律，刺槐豆胶掺量为0.3%时，刺槐豆胶改良黏土的抗冲刷性能最强；随着刺槐豆胶掺量的增加，刺槐豆胶改良黏土的抗崩解性能逐渐增强，刺槐豆胶掺量为0.5%时，刺槐豆胶改良黏土的抗崩解性能最强.     

使用氯化钙溶液加固淤泥质黏土的电渗试验研究

采用自制电渗试验装置,针对武汉市淤泥质黏土进行电渗试验,探讨阳极处添加质量分数分别为0、5%、10%、15%氯化钙溶液对电渗加固效果的影响.通过监测电渗过程中各试验组电流和排水量随时间的变化,测定电渗前后土体的含水率、抗剪强度、孔隙比和微观结构变化,综合评价不同条件下土体的电渗固结效果.试验结果表明:在阳极添加氯化钙溶液可以缩短电渗固结时间,显著提高电渗法加固淤泥质黏土的效果,使土体微观结构变得更加致密,增强土体的抗剪强度;通过添加氯化钙溶液,阴极附近土体抗剪强度最大提高368.6%;氯化钙溶液浓度对电渗加固效果影响存在一个限值,本次试验为10%左右,超出该限值后,浓度的影响很小;氯化钙溶液的加入会加重电极腐蚀.     

乳化沥青冷再生混合料抗剪特性及其永久变形预估

基于单轴贯入试验和无侧限抗压强度试验,得出了乳化沥青冷再生混合料在常温和高温条件下的抗剪强度、黏聚力与内摩擦角等抗剪特性参数,分析了水泥质量分数、乳化沥青类型及其质量分数、沥青旧料掺量对抗剪性能的影响规律,并进行了有限元计算和室内车辙试验研究.结果表明:随着水泥质量分数增加,乳化沥青冷再生混合料各抗剪指标均有增加,当水泥质量分数为0~1.5%时增幅明显;乳化沥青质量分数增加后,抗剪强度降低,相比于常温条件,高温条件下乳化沥青质量分数影响更显著;乳化沥青类型对抗剪参数影响不明显;沥青旧料掺量降低后,抗剪强度、黏聚力指标均明显提高,但内摩擦角基本不变;基于层变形叠加的永久变形通用模型应用于乳化沥青冷再生混合料变形预估时,需要进行修正,修正后具有较高的准确度.     

基于生物胶复合黏土的陡坡客土基材抗剪强度试验研究

为研究生物胶对陡坡客土基材抗剪切特性的影响，通过室内直剪试验探究了黏土剪切力学特性随生物胶含量和养护时间的变化规律，并采用扫描电镜方法对其强化机理进行了讨论.结果表明，天然刺槐豆胶作为生物胶添加剂可以大幅提升黏土的抗剪强度，其抗剪强度随着刺槐豆胶含量的增加而增加，最高可达到243.33 kPa；然而，刺槐豆胶含量由1.5%增加至2%时，黏土的抗剪强度仅提升2.1%，考虑到经济因素，因此本研究用刺槐豆胶加固黏土的最优含量是1.5%；此外，养护时间与试样抗剪强度呈正相关，养护7 d后，试样抗剪强度可达123.57 kPa.养护龄期越长，刺槐豆胶、水和土颗粒越能够充分结合.刺槐豆胶的掺入增强土粒间胶结作用，填补土颗粒之间的孔隙，增强了颗粒间的胶结，进而增加土体黏聚力，提升土体宏观剪切性能.     

贵阳碱污染红黏土物理力学性质室内试验研究

室内模拟污染条件下,对在不同浓度碱液中养护不同时间的贵阳红黏土进行物理力学指标的测定,得到了物理力学性质变化与碱浓度、养护时间之间的关系,并结合国内外的研究成果对碱污染红黏土物理力学性质变化的原因进行简要分析。试验结果表明:与未被污染红黏土相比,碱污染红黏土的质量、含水率增高,比重降低;碱液浓度相同时,随养护时间的增加呈现出孔隙比先降低后增加、液塑限先增加后降低、压缩系数先减小后增大、压缩模量先增加后减小、抗剪强度先增加后减小的变化规律。     

有机生态酯类材料改良粉质黏土试验

以广东地区粉质黏土为研究对象,从土质改良的角度出发,采用有机生态酯类材料-纳米水性黏合剂,通过无侧限抗压强度试验、直接剪切试验、渗透试验、扫描电镜试验、粒径分析和压汞试验,研究了不同加量纳米水性黏合剂改良粉质黏土的作用规律与效果。试验表明:纳米水性黏合剂能有效提高粉质黏土的强度;在养护3 d后,纳米水性黏合剂的作用较为充分,且土的强度随纳米水性黏合剂加量的增加而增大;纳米水性黏合剂能够通过黏结、包裹细颗粒改良土的结构,为"颗粒重组式"结构改良模式;粉质黏土的渗透系数随黏合剂加量的增加呈先增大后降低的规律;纳米水性黏合剂在土颗粒表面及孔隙内会形成弹性膜,该弹性膜的形成增加了粒间连结,从而提高了土的稳定性。纳米水性黏合剂通过提高粉质黏土的稳定性、结构优化、改良粉质黏土的渗透性为植被生长提供良好的基质环境,可以作为生态护坡材料应用于边坡防护。     

秸秆纤维黏土混合料作为填埋场衬垫材料可行性研究

为保证填埋场衬垫防渗系统的安全性,采用秸秆纤维对压实黏土衬垫系统进行改良,以提高衬垫系统的承载能力及抗开裂特性.通过无侧限抗压强度试验、直剪试验、固结试验与抗开裂试验,探讨了秸秆纤维改良黏土的强度特性、变形特性和抗开裂特性,并以此对秸秆纤维黏土混合料作为填埋场衬垫材料的可行性进行评价.试验结果表明,秸秆纤维改良黏土具有较高的承载能力与抗开裂能力,秸秆纤维黏土混合料可以作为填埋场衬垫材料.秸秆纤维掺量对改良黏土的强度特性影响显著,随纤维掺量的增加,改良黏土的无侧限抗压强度先增大后减小,破裂形态由脆性破坏逐渐过渡为塑性破坏;黏聚力c、内摩擦角φ、压缩模量Es先增大后减小;压缩系数αv、压缩指数Cc则出现先减小后增大的趋势.最佳秸秆纤维掺量为0.30%,此时改良黏土的最大抗压强度达到459.15kPa,满足填埋场衬垫的工程强度要求.秸秆纤维掺量为0.30%的改良黏土,其开裂因子仅为0.008 1.     

水泥-纤维改良昆明地区红黏土动力特性试验

为了研究水泥-玄武岩纤维对于昆明地区红黏土的动力特性的改良效果,在已有的室内试验基础上,分别对未改良红黏土和12%掺量的水泥、0.5%玄武岩纤维的改良红黏土,在一定围压和加载频率条件下进行室内动三轴试验,着重分析了围压、频率和干湿循环对动力学变形性质与动力学强度性质的影响。试验结果表明：改良前后的红黏土动力特性有所不同,改良前动应力幅值与动应变幅值符合双曲线模型,而改良后的红黏土动变形整体呈现出线弹性,符合线性回归模型与Logistic回归模型。改良后红黏土的最大动弹性模量明显增加、阻尼比会明显下降、动力破坏形式发生改变、动强度明显增大,并分析了围压、频率和干湿循环次数对改良前后红黏土的动力特性的影响,拟合并得出相关参数。     

含裂隙红黏土土水特征与强度特性研究

红黏土边坡在干湿循环作用下极易产生裂隙,裂隙发育将对土体水力学特性及强度造成不利影响,从而降低边坡稳定性。以长沙红黏土为研究对象,制备具有不同裂隙数量的红黏土试样,开展了渗透试验、土水特征曲线试验和直剪试验,揭示了红黏土饱和渗透系数、土水特征曲线和抗剪强度指标随裂隙数量和干密度的演化规律,建立了相应函数表达式。结果表明：红黏土渗透系数量级为10^-5～10^-7 m/s,饱和渗透系数随干密度的增加而减小,随裂隙数量的增加呈指数型增长,裂隙增加5条,饱和渗透系数提高66.4倍;干密度低和裂隙数量多的试样饱和体积含水率更高,脱湿过程中体积含水率随基质吸力降低速率更快,残余含水率更低,持水能力更差;红黏土抗剪强度指标与干密度呈正比,与裂隙数量呈反比,当干密度增加0.28 g/cm³,黏聚力和内摩擦角分别提高2.35倍和0.94倍,而当裂隙增加5条,黏聚力和内摩擦角分别降低57.09%和49.59%。     

外掺剂对红黏土微观结构及脆性指数影响

为了研究外掺剂对红黏土的影响,对掺入氧化钙、氧化铝、氧化钙与氧化铝联合掺入的红黏土重塑样进行三轴不固结不排水试验;通过分析在不同外掺剂以及不同掺入率下改性红黏土的应力-应变曲线、抗剪强度峰值曲线,得出三种外掺剂对红黏土的力学性质的影响,并建立模型对红黏土脆性指数进行量化分析。采用场发射扫描电镜对改性红黏土的微观结构变化进行比对分析。试验结果表明:红黏土的强度随着氧化钙掺入率的增大而增大,氧化钙在显著提高红黏土强度的同时降低其脆性指数,导致其延展性变差;氧化铝的单独掺入对红黏土的力学性质影响甚微;氧化钙与氧化铝联合掺入能够提高红黏土的脆性指数,使红黏土的延展性能变好的同时提高了红黏土的强度。     

含水率对不同状态红黏土抗剪强度的影响研究

本文以云南省红河州个旧至元阳高速工程项目为依托,研究含水率对不同状态红黏土抗剪强度的影响。试验统计了坚硬、硬塑、可塑和软塑四种状态的红黏土试样分别25件、25件、17件和12件,并进行直剪试验。根据最小二乘法原理,将不同状态红黏土的黏聚力、摩擦角与含水率进行回归分析,并对试验数据进行综合分析。研究结果表明:坚硬、硬塑、可塑及软塑含水率分别小于34%、34%、41%及35%时,随着含水率的增加,黏聚力分别以2.0、1.01、0.456及0.235的斜率减小,当大于此界限含水率后,黏聚力减小速度减缓,逐渐趋于收敛;随着含水率的增加,硬塑→坚硬→可塑→软塑红黏土的内摩擦角下降速度逐渐变小,对含水率的敏感程度也逐渐减小,其中软塑状红黏土的内摩擦角随着含水率的变化几乎不变;不同状态红黏土相邻一级的黏聚力差值推荐取值10～15 kPa,内摩擦角差值推荐取值1.8～2.5°。