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。     

水土作用对桂林重塑红黏土工程性质试验研究

红黏土在土类划分上属于特殊性土,由于其特殊的成因过程及成因环境,水土作用对桂林重塑红黏土的工程性质具有一定影响,通过室内实验研究水土作用对桂林重塑红黏土界限含水量以及胀缩性的影响,探究其内在作用机理。试验结果表明,经过浸泡7 d后的土体的界限含水量均会改变,随着溶液浓度的增大在NaCl和CaCl_2溶液中浸泡的土样液限和塑性指数增大、塑限减小,且随着酸性和碱性的增强会进一步加大这一趋势。而在NaCl和CaCl_2溶液中浸泡的土样的自由膨胀率、线缩率、体缩率会随着溶液浓度的升高而增大,其中自由膨胀率在酸性相同条件下随着p H的减小而增大,在碱性环境中自由膨胀率随着p H的升高而增大,线缩率和体缩率则无明显规律。     

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。     

重金属Cu~(2+)污染作用下红黏土的膨胀变形特性

为探讨重金属离子对红黏土膨胀变形特性的影响,针对不同初始干密度的红黏土试样,采用浓度为0、2. 5、5. 0、10. 0g/L的CuSO_4溶液浸泡侵蚀方法,开展重金属污染作用下的无荷载膨胀率试验;利用X射线衍射和X射线荧光光谱试验,分析了污染前后红黏土的矿物组成以及各类元素的构成.结果表明:红黏土试样的最终膨胀率与初始干密度呈正比关系,较大的初始干密度能明显降低红黏土的初始膨胀速率,但存在最终膨胀率大的缺点;在相同初始干密度条件下,污染土样最终膨胀率随CuSO_4溶液浓度的增大先减小后增大; CuSO_4溶液中的CuOH~+离子破坏了红黏土中原有的硅氧键,导致相同初始干密度条件下,溶液浓度较低时,出现污染土样的膨胀率反而较无污染状态下的土样膨胀率低的现象.     

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。     

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。     

碱污染黏土变形特性及微观结构演化规律的试验研究

以黏土在碱液环境下力学性质的改变为工程背景,研究不同浓度 NaOH 溶液作用下压实黏土的力学特性变化。采用压汞试验、扫描电镜试验对黏土微观结构进行观测,得到如下结论：NaOH 溶液的引入将引起黏土的抗剪强度降低,引入碱液的浓度越大,剪切强度指标下降得越多,碱液质量分数从0提高到到24％时,黏土黏聚力仅为原状土的49．7％,最大抗压强度仅为原状土的25％左右;NaOH 溶液的引入将对黏土颗粒进行严重的腐蚀,溶蚀其中的胶结物质,造成黏土内部总孔隙度的增加,整体呈松散结构,团聚体结构越加疏松,团体间孔隙更加分散,黏土表面的孔隙极度发育,结构松散度极高。在孔隙观测试验中,观察到碱液的腐蚀作用使得黏土体内部的小孔向大孔转化现象。     

压实度与初始含水率对红黏土崩解特性的影响

为了研究压实度和初始含水率对红黏土的崩解影响机制,将取自桂林市南郊的红黏土压制成不同压实度和初始含水率的试样,采用自制仪器进行崩解性试验,计算不同时间的累积崩解率。同时,基于非饱和土力学分析不同初始条件下红黏土的崩解机制。试验结果表明:非饱和红黏土的崩解率随压实度增大而增大,随初始含水率增大则先减小后增大,最优含水率土样的崩解率最低。水流入渗过程中提高孔隙气压、降低基质吸力、产生膨胀力以及(超)静孔隙水压力,是不同压实度和初始含水率红黏土崩解的主要影响因素。     

武广高铁无碴轨道路堑基床长期动力稳定性评价

基于室内疲劳动力试验所获得的临界动应力、疲劳动剪应变门槛及现场动响应测试成果,采用临界动应力法和动剪应变法,评价武广(武汉一广州)高速铁路无碴轨道红黏土路堑基床的长期动力稳定性,给出同时满足动强度和动变形条件的最小基床换填厚度理论值.综合考虑铁路路基构造要求、实测路基动响应影响深度、红黏土特殊工程性质、安全储备等因素,给出便于工程应用的红黏土基床最小换填厚度建议值,探讨含水比、围压对红黏土基床换填厚度的影响规律.研究结果表明:换填厚度随含水比的增大而增大,随围压的增大而减小;若路基满足动变形条件,则动强度条件就自动满足;动变形是高铁无碴轨道路基长期动力稳定的控制因素;动剪应变法是一种优于临界动应力法的高铁无碴轨道路基长期动力稳定性评价方法.     

循环荷载作用下NaCl溶液对黏土动力特性影响及微观机理分析

针对黏土易与水结合,孔隙溶液环境变化对黏土动力特性有较大影响的问题,使用GDS真/动三轴仪对黏土试样进行模拟交通循环荷载下的分级加载试验,研究不同浓度NaCl孔隙溶液、振动频率对土体应力-应变关系和动弹性模量的影响,分析骨干曲线及弹性模量的发展规律,并结合电镜扫描,分析NaCl溶液浓度和振动频率改变前后试样的孔隙分布规律,得到微观孔径与动力特性的关系。结果表明,随着NaCl溶液浓度和振动频率的升高,应力-应变曲线和动弹性模量曲线呈上移趋势;阻尼比-动应变曲线随振动频率的增加而上升,随NaCl溶液浓度的增加而下降;NaCl溶液浓度升高,水化反应产生的胶体增多,微填充作用可有效减少小孔隙,振动频率增加则使得片状颗粒间距被压缩,层状结构减少,土体更加密实,有效减少大孔隙。研究得出的含NaCl溶液黏土受孔隙溶液浓度与振动频率变化的影响规律,可为研究其他环境下黏土的强度变化提供参考。     

雨天公路水膜厚度模型验证及行车安全性

针对雨天行车道路表面产生水膜,易使车辆打滑发生交通事故的问题,采用人工模拟降雨试验,获得了水泥混凝土路表水膜厚度回归方程,验证了国内外现有水膜厚度计算模型。结果表明:路表水膜厚度随降雨强度和排水长度的增大而增大,随路面坡度的增大而减小;相同条件下,水泥混凝土路表水膜厚度值高于沥青路面水膜厚度值,其原因主要是水泥混凝土的亲水性导致路表水分子流动阻力增大,水分子积聚增多,使水膜厚度增大。对西安地区不同暴雨重现期下高速公路水膜厚度值进行计算,结果表明在五年重现期暴雨强度1.954 mm·min~(-1)下,路表水膜厚度值不超过滑水速度发生时的临界水膜厚度值2.35 mm,设计时速80 km·h~(-1)可保证雨天行车安全。     

黏土固结过程中结合水对粘滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数,是孔隙比和粘滞系数的函数,为了研究黏土中结合水对粘滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与粘滞系数,并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,渗透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力粘滞系数,随固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水减少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,粘滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以,对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致粘滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

雨天公路水膜厚度模型验证及行车安全性分析

针对雨天行车道路表面产生水膜,易使车辆打滑发生交通事故的问题,采用人工模拟降雨试验,获得了水泥混凝土路表水膜厚度回归方程,验证了国内外现有水膜厚度计算模型。结果表明：路表水膜厚度随降雨强度和排水长度的增大而增大,随路面坡度的增大而减小;相同条件下,水泥混凝土路表水膜厚度值高于沥青路面水膜厚度值,其原因主要是水泥混凝土的亲水性导致路表水分子流动阻力增大,水分子积聚增多,使水膜厚度增大。对西安地区不同暴雨重现期下高速公路水膜厚度值进行计算,结果表明在五年重现期暴雨强度1.954 mm?min-1下,路表水膜厚度值不超过滑水速度发生时的临界水膜厚度值2.35mm,设计时速80 km.h-1可保证雨天行车安全。     

黏土固结过程中结合水对黏滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数是孔隙比和黏滞系数的函数。为了研究黏土中结合水对黏滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与黏滞系数;并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,滲透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力黏滞系数腿固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水減少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,黏滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致黏滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

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。     

聚丙烯纤维红黏土渗透性与剪切特性试验研究

通过三轴压缩试验研究了聚丙烯纤维红黏土的渗透性与力学特性.击实与渗透试验结果表明,纤维含量变化时,纤维红黏土的最大干密度变化较小,而最优含水率变化较大.在0.25%～0.80%含量下,纤维红黏土可保持较低渗透性.三轴固结不排水试验结果表明,纤维红黏土的抗剪强度随着轴向应变增加而增大,具有典型的加工硬化特征,且随纤维含量与长度增加而增加,同时围压显著影响纤维红黏土的剪切特性.当纤维含量较小时,破坏模式为鼓胀型;当纤维含量较大时,尽管试样轴向应变较大,但未发生破坏.     

碱溶液对GMZ膨润土膨胀性和渗透性的影响

利用适用于碱性溶液入渗的膨胀渗透仪,对不同初始干密度的高压实高庙子(GMZ)膨润土进行膨胀、渗透试验,试验中用NaOH溶液模拟碱性孔隙水.试验结果表明:在碱溶液入渗作用下,各试样的膨胀力均呈现双峰变化形态;相同初始干密度试样的膨胀力随入渗碱溶液浓度的增大而减小,渗透系数则随着溶液浓度的增大而增大;碱溶液浓度相同时,试样的膨胀力随初始干密度的增大而增大,渗透系数随干密度的增大而减小;碱性孔隙水的长期入渗会减小高压实GMZ膨润土的膨胀性、提高其渗透性,最终降低膨润土的缓冲性能.     

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。     

水泥掺量对红粘土固结体抗剪特性影响的试验研究

为探讨水泥掺量对红黏土固结体抗剪强度特性的影响规律,本文以大掺量水泥对红黏土固结体抗剪强度指标的影响为切入点,室内制备了四种不同水泥掺入比的红黏土固结体试块,开展了不同法向应力条件下的红黏土水泥固结体直接剪切试验。试验发现:随着水泥掺量的不断增大,红黏土固结体的剪应力-剪位移关系曲线上峰值应力跌落现象逐渐显现;红黏土固结体抗剪强度指标随水泥掺量的增大而提高,但是粘聚力与内摩擦角的增大规律并不相同:粘聚力的增大速率随水泥掺量的增大而不断减小,内摩擦角的增大规律随水泥掺量的增大而呈"S"型。     

土体含盐量对长江口地区软黏土特性的影响

长江口地区广泛分布的软黏土是一种不良地质土,具有压缩性高、强度低、灵敏度高的特点.土体含盐量在不同的季节下会受河流、潮汐、降雨等因素的影响会发生波动.对长江口沿岸软黏土进行采样并测定其含盐量,然后通过对原状样进行直剪试验、侧限压缩试验、渗透试验,得到了土体含盐量对软黏土抗剪特性、压缩特性、渗透特性的影响规律.结果表明:原状软黏土含盐量在0.5％ ～1.1％时,土体含盐量越高,土体的抗剪强度越高、土体压缩性越低、渗透性越强.根据对渗滤过的原状土进行试验对比分析,黏土颗粒中的盐分、孔隙水中的盐分共同影响软黏土的特性;黏土颗粒中的盐分对软黏土特性的影响更大.最后通过压汞试验得到了含盐软黏土的孔隙分布特征.长江口沿岸地区土体冬季的力学性能较差,应该更加注重冬季工程地质灾害的防治.