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。     

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。     

黏粒含量对粉质黏土土水特性影响的试验研究

粉质黏土分布广泛,其土水特性受黏粒含量影响显著。为揭示黏粒含量对粉质黏土土水特性的影响规律,采用离心机对不同黏粒含量粉质黏土进行脱水条件下土水特性测试试验。首先,制备六组干密度相同的不同黏粒含量粉质黏土试样,并通过密度计与筛分联合测定法获得试样颗粒级配曲线和黏粒含量。然后,通过调节离心机转速得到不同基质吸力对应的土样总质量与含水量,并基于Van-Genuchten模型拟合土样土-水特征曲线,进而分析黏粒含量对土-水特征曲线的影响。研究结果表明:(1)不同黏粒含量粉质黏土的体积含水率均随基质吸力增加逐渐减小且变化趋势基本一致:当基质吸力小于20 k Pa时,含水率接近饱和含水率,大于20 k Pa后含水率随基质吸力增加快速减小;(2)黏粒含量越高,粉质黏土持水能力越强,土体含水率越大,含水率受黏粒含量增加影响的程度呈现先增大后减小的趋势;(3)相同基质吸力条件下,黏粒含量越高,土体含水率越大,在基质吸力大于80 k Pa后不同黏粒含量土样的含水率相差越来越小;(4)残余含水率偏高,吸附的水分仍达到其饱和状态含水量的40%左右。这为进一步进行非饱和粉质黏土软基的水力特性评估提供了技术支持。     

红土中游离氧化铁作用的试验研究

红土是一种广泛分布的具有高孔隙比、高含水率、高强度和低压缩性的区域性特殊土.红土中存在有大量的游离氧化铁.游离氧化铁含量的多少,以及其存在形态的不同都将对红土的工程地质性质产生很大影响.通过人为地向原扰动红土中加入游离氧化铁的方法,对恒温60℃养护80 d后的试样进行物理、力学、化学试验,试验发现,在控制其他条件一定的前提下,红土中游离氧化铁含量越高,土颗粒的团聚度越高,土的强度也越高,并通过扫描电镜图片从微观的角度定性的验证了这一结论,阐述了游离氧化铁对红土产生结构连结作用的机理.     

尾矿土物理力学性质指标的相互关系

目的正确有效地确定尾矿土的抗剪强度,以保证尾矿库工程的稳定性.方法通过现场取样,然后在试验室进行土的物理及力学指标试验,研究尾粉砂、尾粉土、尾粉质黏土的含水率与孔隙比之间的关系以及含水率、孔隙比、干密度与抗剪强度指标之间的关系.结果随着含水率的增大,尾粉砂的孔隙比减小,尾粉土与尾粉质黏土的孔隙比增大;尾粉砂、尾粉土和尾粉质黏土的含水率与抗剪强度指标呈非线性关系;孔隙比、干密度与抗剪强度指标呈线性关系:随着孔隙比的增大,黏聚力与内摩擦角减小;随着干密度的增大,黏聚力与内摩擦角均增大.结论尾粉砂、尾粉土、尾粉质黏土的物理指标与抗剪强度指标之间存在相关性,在明确物理指标的情况下可以推断出相应的抗剪强度指标范围.     

纳米石墨粉改良红黏土试验

为了研究纳米石墨粉对桂林红黏土的改良效果,通过室内试验,分析了改良土的物质组成、力学性质及微观结构。研究结果表明:掺入纳米石墨粉后,红黏土矿物中高岭石的质量分数增加,石英的质量分数减少,且大部分氧化物的质量分数增加。随着垂直压力的增加,重塑红黏土的抗剪强度逐渐增加。纳米石墨粉使红黏土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角均得到了提高,抗剪强度增大程度为3.4%～16.6%。改良后,红黏土表面成层叠状,凹凸程度降低。纳米石墨粉将独立、相邻的土颗粒粒团联结在一起,使红黏土内部孔隙变小,结构骨架更稳定。     

粉砂土抗剪强度黏粒含量效应

为分析黏粒含量对遗址土抗剪强度特性的影响规律及其形成机理,以遗址粉砂土为研究对象,用常规直剪仪开展不同黏粒含量的慢剪试验,并对部分土样进行微观试验.直剪试验结果表明,黏粒含量从0增至25％的过程中,抗剪强度显著提高,黏聚力呈两段折线型增长(拐点位于黏粒含量10％处)特征,高、低应力段的差值逐渐减小直至基本相同,而内摩擦角则随黏粒含量增加而减小;在试验干密度和黏粒含量范围内,粉砂土按照规范法拟合所得低应力段的抗剪强度大于实测值,用于土遗址稳定性等分析时偏于不安全.结合扫描电镜试验结果,认为造成土样黏聚力随黏粒含量呈折线型变化的主要原因是,当黏粒含量大于10％后,遗址土土性从"类砂土"向"类黏土"转变,受力骨架由砂颗粒向"黏粒网架"过渡.     

基质吸力与黏粒含量对砂土抗剪强度的影响

当前对于非饱和土的研究,主要集中在纯砂土和纯黏土的土水特征和抗剪强度,而实际工程中,基质吸力对含黏粒砂土的抗剪强度具有显著的影响。根据实际工程中含黏粒砂土的级配,采用高岭土和细砂配制不同黏粒含量的砂土,利用5 bar压力板仪得出含黏粒砂土的土-水特征曲线,利用非饱和土四联直接仪得出不同基质吸力条件下含黏粒砂土的抗剪强度指标。研究结果表明:随着黏粒含量的增加,含黏粒砂土的残余含水率增加;随着基质吸力的增加,含黏粒砂土的抗剪强度大部分呈现增大的趋势;但当黏粒含量为15%时,随着基质吸力的增加,含黏粒砂土的抗剪强度先增大后减小,出现了"黏粒效应"。最后,从含黏粒砂土的微观颗粒结构出发,揭示了含黏粒砂土的抗剪强度主要受土体含水量的大小、颗粒之间弯月形水面的数量的多少和面积大小三方面的影响。     

基质吸力与黏粒含量对砂土抗剪强度影响的研究

当前对于非饱和土的研究,主要集中在纯砂土和纯黏土的土水特征和抗剪强度,而实际工程中,基质吸力对含黏粒砂土的抗剪强度具有显著的影响。根据实际工程中含黏粒砂土的级配,论文采用高岭土和细砂配制不同黏粒含量的砂土,利用5Bar压力板仪得出含黏粒砂土的土-水特征曲线,利用非饱和土四联直接仪得出不同基质吸力条件下含黏粒砂土的抗剪强度指标。研究结果表明：随着黏粒含量的增加,含黏粒砂土的残余含水率增加。随着基质吸力的增加,含黏粒砂土的抗剪强度大部分呈现增大的趋势。但当黏粒含量为15%时,随着基质吸力的增加,含黏粒砂土的抗剪强度先增大后减小,出现了“黏粒效应”。最后,从含黏粒砂土的微观颗粒结构出发,揭示了含黏粒砂土的抗剪强度主要受土体含水量的大小、颗粒之间弯月形水面的数量的多少和面积大小三方面的影响。     

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。     

不同黏粒含量对花岗岩残积土渗透性影响

开展不同黏粒含量对花岗岩残积土渗透性影响的试验研究,揭示花岗岩残积土中黏粒含量对其渗透系数的影响趋势,为花岗岩残积土的工程实践提供理论依据。以广西贵隆高速项目为依托,选取广西宾阳地区典型的花岗岩残积土,加入一定量的黏土,进行标准击实试验,测定不同黏粒含量条件下、标准击实后土样的渗透系数。结果分析表明：花岗岩残积土中的不同黏粒含量对其渗透性影响区别较大,黏粒含量的增加导致了渗透系数的降低;花岗岩残积土的渗透系数随着含水率的增大而逐渐减小;红黏土中的高岭石是影响花岗岩残积土渗透性的主要黏粒成分。     

颗粒组构对黄土压缩特性及其粒间状态的影响

为研究不同颗粒组构黄土的压缩特性,取五个不同地区的黄土过0. 075 mm筛以制作固结试样,通过压缩固结试验,揭示颗粒组构对黄土的压缩指数、压缩模量的影响规律,以及时间-变形和应力-应变的发展规律。再结合骨架孔隙比的概念,从微观结构的角度解释颗粒组构对黄土压缩特性的影响。试验结果表明:黄土颗粒组构中的黏粒含量对其压缩性有显著影响,随着黏粒含量的增加,黄土的压缩系数增大,压缩指数也增大,压缩模量随黏粒含量的增加而减小,且在黏粒含量20%左右急剧变化;随着黏粒含量增加,黄土试样的变形量相对增大,变形达到稳定的时间也相对较长;黏粒含量对低应力水平下的应力-应变关系影响较大,黏粒含量越高,应变随应力的增加而增长越快。用粉粒间孔隙比es表示骨架孔隙比,黏粒含量越高,黏粒在粉粒间赋存位置更复杂,对骨架孔隙比的影响越大。     

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。     

原状与重塑红黏土强度变化机理

为了研究红黏土强度特性及其影响机理,对不同法向应力作用下的原状土样和重塑土样进行了直剪试验。采用扫描电子显微镜测试,对比分析原状土和重塑土颗粒单元间接触、连结状态、孔隙形态及分布等微观结构差异,揭示了土体微观结构对宏观力学性质的影响机理。研究结果表明:当法向应力σ小于临界应力时,原状土的剪应力τ高于重塑土;反之,原状土的τ低于重塑土。临界应力的大小取决于土体孔隙比,孔隙比越大,临界应力越大。原状土黏聚力高于重塑土,内摩擦角低于重塑土。重塑土与原状土力学性质存在明显差异,且差异性的大小取决于原状土微观结构性能的好坏。提出了红黏土闭孔孔隙和开孔孔隙的概念,并将其用于红黏土抗剪强度的机理分析,具有一定的工程指导意义。     

干湿循环下花岗岩残积土胶结物溶蚀-微结构演化规律与力学行为

花岗岩残积土中的游离氧化铁粒间胶结作用使其具有高结构性和水敏性. 因此，在干湿循环过程中，粒间胶结氧化物被溶蚀，残积土表现出结构崩解重组和复杂的剪切变形特性. 为进一步研究干湿循环过程中花岗岩残积土中游离氧化铁溶蚀造成的土体组构变化及其对力学性能弱化的影响，进行一系列的宏微观试验以揭示不同干湿循环次数（0、1、2、4）下残积土的复杂力学特性. 研究结果表明，随着干湿循环次数的增加，花岗岩残积土的应力-应变关系将由弱应变硬化型逐渐转变为应变软化状态. 微观分析表明游离氧化铁会促使黏土颗粒胶结形成团聚体，随着干湿循环的进行其含量逐渐降低最终趋于稳定. 此外，原状残积土粒度分布（PSD）曲线呈现明显的双峰，然后在干湿循环或去除氧化铁后转变为单峰曲线. 反复干湿循环会削弱残积土的胶结结构特性，进而导致土体出现明显的软化特征. 在剪切过程中，残积土首先表现出剪切收缩特性，随后出现明显的扩张趋势. 随着干湿循环次数增加，残积土的有效黏聚力逐渐减小，但有效内摩擦角呈现逐渐增加的趋势. 干湿循环过程中花岗岩残积土复杂的力学性能特点是不可逆的体积收缩和胶粒含量的变化以及微裂缝发展之间的耦合效应.     

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.     

过渡型细粒土击实特性及基质吸力试验研究

级配呈现过渡特征的土被称为过渡土.路基填料中过渡型细粒土的击实特性不同，且力学性能受基质吸力的影响较大.根据试验标准(ASTM D698-12),进行标准击实试验，得到最优含水率和最大干密度.对试验土样，分别使用露点水势仪和高量程吸力计量测击实前后土样的基质吸力.结果表明：过渡土中黏粒含量的增加使路基填土压实特性不同，过渡土的最大干密度随着黏粒含量的增加而减小，过渡土的最优含水率随着黏粒含量的增加而增大；在击实曲线湿侧时击实土的基质吸力接近于0;击实后过渡土的基质吸力呈现过渡特征，当认为过渡土中的水分被黏粒完全吸收后，过渡土的吸力-含水率可以拟合为一条曲线，即吸力-黏土含水率曲线；在压实前的松散土颗粒的吸力量测中，也得到近似的试验结果.     

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。     

重金属镉污染对土体力学特性的影响及机理分析

为了研究重金属镉(Cd)对土体力学特性的影响规律及其微观机理,开展了不同Cd含量污染土强度、渗透、剪切特性、压汞和扫描电镜试验研究。力学特性试验结果表明:重金属Cd会劣化土体力学特性;随着Cd含量的增加,土体的抗压强度、剪切强度和黏聚力显著降低;而渗透系数、内摩擦角明显增大。扫描电镜试验结果表明:Cd使土颗粒发生团聚,Cd污染土出现大的团聚体,大颗粒增多,土体表面变得比较粗糙,土颗粒之间的接触形式增多,出现点-面接触和边-面接触;且团聚体间的孔隙较大。压汞试验表明:随着Cd含量的增加,污染土中孔径大于1μm的孔隙体积明显增加。污染土的微观结构和孔隙分布的改变是Cd污染土力学特性变化的本质原因。