干湿循环对云南红土渗透性的影响

以云南红土为研究对象,以浸泡增湿12 h、低温脱湿12 h的干湿循环作为控制条件,考虑干湿循环次数(1～8次)和干密度(1. 20、1. 25、1. 30、1. 35 g/cm3)的影响,通过变水头渗透试验的方法,研究了干湿循环作用对云南红土渗透特性的影响。试验结果表明,经过干湿循环作用的红土,随干湿循环次数的增加,渗透前后红土试样的质量和含水率减小;渗透后的质量和含水率大于渗透前的相应值;渗透过程中,初始渗透时间延长,初始渗透水头差减小,渗透系数减小。相同干湿循环条件下,随干密度的增大,渗透前后红土试样的质量增大,含水率减小,初始渗透时间延长,初始渗透水头差减小,渗透系数减小。干湿循环作用引起红土试样的渗透特性变化的实质在于,干湿循环过程中,脱湿收缩、增湿膨胀、渗透迁移泥化、孔隙堵塞减小的综合作用,而干密度的大小和干湿循环时间的长短则影响了干湿循环作用的程度(脱湿程度高于增湿程度),相应地改变了干湿循环红土的渗透特性。     

柴油污染粉土水油分布的核磁共振试验研究

为研究柴油污染粉土中水油两相在孔隙中的分布特征,利用低场核磁共振技术对人工制备的柴油污染粉土进行了室内试验研究.试验选用江苏宿迁地区粉土为试验土,选用0号柴油作为污染物,采用聚四氟乙烯圆筒作为制样模具和试样容器,采用压样法进行制样,利用MesoMR23-60H型中尺寸核磁共振成像分析仪测试试样.通过7组试验,对比研究了不同含水量、柴油含量和制样方法对柴油污染粉土的油水分布状态的影响.利用锰离子加快水弛豫的特性,其中3组试样的孔隙水中添加5 g/L氯化锰,刚好将油和水的信号区分开.由于锰离子浓度较小,可以忽略其对粉土中水分分布的影响.通过低场核磁共振得到柴油污染粉土的横向弛豫时间T2分布曲线,从微细观的角度分析了柴油污染粉土中柴油和水的孔隙分布规律.试验结果表明:适宜浓度的氯化锰可缩短油水两相体系中水的横向弛豫时间T2,从而分离水油信号;孔隙液为单相时,柴油比水更易优先占据大孔隙空间;当先加水后加柴油制样时,增加含油量会使孔隙液占据孔隙的孔径分布区间更加集中,孔隙液向较大孔径孔隙集中分布;先加柴油后加水制样时,柴油优先占据大孔径的孔隙,迫使后加入的水更易分布在较大孔径的孔隙.     

聚丙烯纤维混凝土高温后的孔隙结构特征研究

以吸附-凝聚理论为基础,采用氮吸附法研究聚丙烯纤维混凝土在不同温度下的孔隙结构特征.通过分析试样的吸附-脱附等温曲线特征、孔径分布、比表面积,探讨了高温作用以及聚丙烯纤维对混凝土孔隙结构的影响.试验结果表明:经历不同温度的混凝土,其硬化水泥砂浆试样中均存在两端开口的孔隙,且温度越高开口孔隙的孔径越大,连通性更强.经历高温后,混凝土孔隙结构发生了改变,孔径大于200nm的孔隙数量显著增多,孔径小于50nm的孔隙相应减少,最可几孔径显著增大.经历高温前,聚丙烯纤维混凝土试样的比表面积均小于普通混凝土,最可几孔径则差别不大.与普通混凝土相比,聚丙烯纤维混凝土中小孔分布较少,而孔径较大的孔分布更多.经历高温后,纤维混凝土试样的孔径分布规律和比表面积与普通混凝土接近.     

石灰固化镉污染高岭土干湿循环特征的试验研究

基于不同干湿循环下的直剪、低温氮吸附试验及试样照片,研究了石灰固化镉污染高岭土的干湿循环特征。测试结果表明:1干湿循环对剪切强度影响显著。固化剂掺量为0%,5%,10%,15%,20%时,经过20次干湿循环其最大剪切强度分别降低44%,64.48%,86.06%,90.06%及95.42%;凝聚力分别降低62.2%,75.95%,93.95%,95.99%及98.85%;2试样孔隙分布特征曲线有明显的两个峰值,说明试样在两个孔隙宽度范围内集中;3当固化剂含量为0%,5%时,随着干湿循环次数的增加,裂隙发育明显并具有一定的"愈合"能力。当固化剂含量为10%,15%及20%时,土体呈整体性破坏,"脆性"现象明显。     

大木竹竹材物理性质的研究

以材性优良的毛竹等竹种为参比,研究了丛生竹种大木竹竹材的物理性能.结果表明:大木竹竹材的基本密度为0.618 g/cm3,小于毛竹的基本密度(0.765 g/cm3),而比参比的其他丛生竹密度大或与之相当;大木竹竹材气干体积干缩率为7.7%,吸水饱和体积湿胀率为18.686%,饱湿含水率为77.8%,均大于毛竹材的相应值.     

上覆荷载影响下膨胀土微观机理孔隙特征

为研究外部上覆荷载对弱膨胀土孔隙结构的影响,对不同上覆荷载作用下吸水变形后的膨胀土试样进行微(纳)米级微观压汞试验.结果表明,试样孔径分布范围为360～0.005μm,总孔隙体积随上覆荷载增大而减小,试样的孔径分布密度曲线呈双峰分布,原因是膨胀土的孔隙有团粒内孔隙和团粒间孔隙两种模式,选取0.2μm作为两种孔隙的界限值.当上覆荷载大于膨胀力时,试样被压缩,孔隙量减小,试样在外力作用下的变形主要是由于团粒内大孔隙结构被压缩,而小孔隙结构几乎不受影响.     

基于SEM方法分析干湿和冻融循环对黄土微观结构的影响

为了研究高速公路边坡坡面表层剥落成因,在某高速公路K700+200处提取Q₃原状黄土进行室内试验,并考虑季节交替对黄土微观结构的影响.研究中采用扫描电镜(SEM)分别对0次、1次、5次、10次、20次干湿和冻融循环作用后的试样进行了SEM检测,对比并分析经过不同干湿循环和冻融循环次数后所得扫描电镜图像的变化规律.利用IPP图像处理软件,对土骨架和孔隙形态进行分析,获取经过不同次数的干湿循环和冻融循环作用后的面孔隙度、平均孔径、孔径分形维数的变化规律,定量分析不同干湿和冻融循环次数后土体微观结构的变化.分析结果表明:干湿循环和冻融循环对土的微观结构有较大影响,揭示了黄土边坡坡面表层剥落与干湿循环与冻融循环密切相关.     

压实土孔隙结构特性演化的定量分析

人工压实土被广泛用于土石坝、路基与垃圾填埋场等重要土工构筑物,其工程力学特性的控制与评诂是土工构筑物长期稳定性的关键.压实土工程力学特性控制的主要内因在于制备形成的孔隙结构,而压实土的孔隙结构主要受土体的初始状态影响.开展了粉土与黏土压实孔隙结构影响因素的研究,同时利用低场核磁共振技术对孔隙结构演化进行定量测定.结果 表明:初始含水率、干密度对压实土的孔隙大小及分布有重要影响,且这种影响对粉土与黏土并不相同.压实土的优势孔径随初始含水率的增大先增加后减小,同时干密度增大抑制了初始含水率对压实土孔隙结构的影响.研究识别了压实细粒土孔隙结构演化定量表征的关键参数.     

基于干湿变形效应的压实红黏土土水特征

将初始含水量为4%粉末状红黏土分别压制成干密度为1.3 g/cm~3和1.5 g/cm~3的压实土样;在侧限条件下吸水饱和,测定土样轴向膨胀变形量;然后通过气相法控制逐级增加吸力,测定不同吸力阶段试样的饱和度与孔隙比,获得土水特征曲线和干缩变形规律。研究结果表明:压实红黏土在饱和湿化过程中,膨胀应变随着饱和度的增加而增加,且初始干密度越大,其膨胀应变越大。在控制吸力干燥过程中,压实红黏土的孔隙比随着吸力增大而减小;同一吸力阶段,密度大的试样具有较小的孔隙比和较大的饱和度。基于不同干密度压实红黏土土水特征曲线,建立了考虑变形效应的土水特征曲线改进模型,计算结果与试验值吻合较好。     

孔隙溶液对膨胀土微观结构的影响

采用压汞试验和扫描电镜试验,对不同干密度(1.3,1.5,1.7 g/cm~3)的压实膨胀土试样受不同浓度(0.0,0.5,1.0,2.0 mol/L)的NaCl溶液饱和后微观结构的演化进行了详细研究.压汞试验结果表明:NaCl溶液对土中小、微孔隙的影响显著,随着NaCl溶液浓度的增加,小、微孔隙减少,且这种影响随着初始干密度的增加而更为明显.扫描电镜图像显示出NaCl溶液浓度对黏土微观结构的整体形态影响非常明显,钠离子浓度增加后,土颗粒集聚化,使土体表现得非常致密,土中出现架空贯穿孔隙.     

干湿循环路径对红粘土胀缩特性的影响

为研究红粘土在不同干湿循环路径下的胀缩变形特性,以贵州红粘土为研究对象,在先干后湿及先湿后干两种路径下运用常规膨胀仪对其进行了胀缩试验。试验结果表明,两种循环路径下,红粘土胀缩变形均不可完全恢复。第一次循环中,绝对膨胀率急剧增大,相对膨胀率则大幅减小,并随压实度增大而增大,先湿后干路径下试样胀缩率、绝对膨胀率和相对膨胀率均大于先干后湿路径,这种现象随循环次数发展逐渐减弱。     

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%。     

活性MgO碳化固化土的冻融循环特性试验研究

采用室内三轴碳化装置研究了活性Mg O碳化固化土的冻融耐久性能,对冻融循环作用下碳化固化土的无侧限抗压强度等进行了测试分析,并与水泥固化土进行了试验比较.结果表明:活性Mg O固化粉土碳化3 h试样的无侧限抗压强度可达5 MPa左右,粉质黏土碳化24 h试样可达4.5 MPa左右;冻融循环作用下,碳化试样和水泥土试样的密度和干密度基本不变;碳化试样与水泥土试样在冻融循环中的无侧限抗压强度和E50表现出类似的变化趋势,即先略有降低,后又逐渐提高.碳化固化土经6次冻融循环后,其强度由5 MPa左右降低到4.5 MPa左右,而水泥土试样经4次冻融循环后其强度由1.6 MPa降低到1.4 MPa左右,二者均具有较好的抗冻融性能.微观测试分析表明,活性Mg O碳化固化土生成的镁碳酸化合物经冻融循环后没有发生明显变化,但试样内部0.1~1.0μm的孔隙减少,1~30μm的孔隙增加,累计孔隙体积略有增加,这也是导致强度略有降低的原因.     

TiO2/竹炭复合体光催化材料的孔隙结构及分布

采用比表面积及孔径分析技术,测定了浸渍法制备的TiO2/竹炭复合体光催化材料的氮吸附等温线,进而运用BET理论计算了其比表面积、总孔容积和平均孔径分别为359.81 m2/g、0317 2 cm3/g和3.526 nm。同时,依据BJH模型分析了其中孔的孔隙结构参数和孔径分布。结果表明：经过纳米TiO2改性的竹炭不仅保留了竹炭固有的孔隙结构,而且其比表面积、孔容积、孔径都有所增加。经纳米TiO2改性制备的光催化材料的中孔孔容积比竹炭提高了65.86 %。     

重塑黄土的湿陷性与微观试验研究

黄土广泛分布于中国西北地区。随着人类社会的发展,越来越多的工程项目需要在黄土地区展开。黄土的特殊性质导致其具有水敏感性,这种水敏感性的典型表现便是湿陷;而黄土的湿陷与其微结构的变形过程紧密相关。以重塑黄土为研究对象,在反复湿陷试验的基础上,对不同含水量、不同湿陷次数的重塑黄土试样进行CT扫描与电镜扫描等微观试验,结合IPP图像处理软件对微观试验结果进行定性与定量分析,得到重塑黄土湿陷性与其微结构的关系。认为:(1)黄土的自重湿陷系数主要受其含水量的影响,即含水量越小,越容易湿陷;且当含水量为6%时试样具有二次湿陷性;不同含水量的试样随着湿陷次数的增加,湿陷系数逐渐减小,且经过3次湿陷后其自重湿陷系数均趋于一个稳定的值;(2)随着湿陷次数的增加,土体中大的团粒与大孔隙逐渐消失,土体密度逐渐均匀,颗粒丰度逐渐变大,孔隙颗粒面积比逐渐减小,颗粒定向角度逐渐趋于水平;(3)黄土发生湿陷的主要原因是水的浸润或溶滤作用导致其结构强度的弱化,使大的团粒逐渐崩解成小颗粒填充到孔隙中造成土体压密。     

含水率对黄土渗气性影响及其微观机理

利用改进的渗气仪对风干原状土和重塑马兰黄土进行渗气性试验,分析初始含水率、增湿和减湿过程对渗气率ka的影响,并结合概念模型、超景深显微镜和扫描电子显微镜揭示其微观机理。研究结果表明:当试验含水率w18%,干密度ρd≤1.6 g/cm3时,由于团聚体的形成、颗粒软化和基质吸力阻滞作用,重塑试样的渗气率随着初始含水率的增大而增大;而当ρd1.6 g/cm3时,渗气率开始随着初始含水率增大而减小。由于原状和重塑黄土增湿过程中水、气的渗透作用和烘干减湿过程中微小裂缝的形成,在相同含水率下,减湿过程渗气率始终大于增湿过程渗气率。重塑黄土的增湿级数与渗气率之间没有显著关系。当干密度为1.4～1.7 g/cm3时,增湿过程中含水率与渗气率关系曲线呈反S型。随着含水率的增大,大孔的平均直径、大孔和总孔面积也呈现明显增大趋势,致使对应的渗气率也逐渐增大。     

甘肃陇中地区黄土工程地质特性研究

通过现场勘查与资料搜集,对陇中黄土的分布规律进行了总结.通过室内试验,得出陇中黄土的基本物理力学性质,并研究了湿陷性与干密度、孔隙比的关系,得出湿陷产生的临界干密度、孔隙比.这对陇中地区湿陷性黄土的处理具有重大意义.     

干湿循环对压实黄土性能的室内影响研究

失陷性黄土在甘肃具有很广的面积分布,通常情况下压实后的湿陷性黄土其不良力学性能得到了很大程度的改善,能够满足路基稳定性与强度需求,但是在长期的雨水与蒸发作用下,湿陷性黄土地区路基仍然会发生大量的病害。通过试验设计、数据模拟及理论分析等手段,进行干湿循环对压实黄土湿陷系数的研究,对压实黄土强度的研究以及干湿循环前后土样的干密度与孔隙比分析。结果表明:模拟的干湿循环作用使得已消除湿陷性的压实黄土重新具有了湿陷性;干湿循环对压实黄土的强度有较大影响;干湿循环使得压实黄土的内部结构发生了改变。     

高庙子钙基膨润土的膨胀特性

对高庙子钙基膨润土进行了膨胀变形试验、膨胀力试验及湿陷试验, 研究了其膨胀特性及湿陷特性. 试验结果表明: 膨胀力随初始干密度的增加而增大, 且膨胀力的对数与初始干密度大致呈线性关系; 浸水引起的膨胀应变随着竖向应力、初始含水量的增大而减小, 且随着初始干密度的增加而增大; 膨胀速率随初始干密度的增加而增大,随竖向应力、初始含水量的增大而减小; 在相同竖向应力下, 3 种试验方法得到的浸水饱和稳定后的孔隙比大致相同, 在双对数坐标下, 孔隙比与竖向应力呈线性关系.     

西北地区黄土作为垃圾填埋场中间覆盖层的试验

垃圾填埋场中间覆盖层在垃圾分区或分层堆填作业过程中用于临时封闭垃圾堆体、控制降雨入渗并减少蚊蝇滋生和臭气等. 常用的高密度聚乙烯(high density polyethylene, HDPE)膜作为中间覆盖层, 存在易被垃圾刺穿导致坡面雨水大量入渗和造价较高等问题. 我国西北地区气候干旱且黄土分布广泛, 这些黄土是当地制作垃圾填埋场中间覆盖层非常便利的材料. 对黄土中间覆盖层的夯实施工、防渗性能和历经干湿循环作用后开裂导致其渗透系数增大、防渗性能劣化进行了试验研究. 结果表明: 黄土的饱和渗透系数随干密度增大而增大, 当干密度达到1.60 g/cm³时其渗透系数为10⁻⁷~10⁻⁶ cm/s, 防渗性能较好; 现场双套环原位实验测得黄土饱和渗透系数为8.37×10⁻⁸ cm/s, 较室内试验大1 倍左右; 黄土层历经自然干湿循环作用后易开裂, 有裂缝条件下其饱和入渗系数为1.18×10⁻⁶ cm/s, 比无裂缝条件下的 增大了14 倍左右. 在增设15 cm 厚的保护植被土层后, 黄土的开裂情况得到明显抑制.