介质环境中阳离子和酸碱度变化对粘土分散性的影响

采用碎块试验研究介质环境中阳离子和酸碱度变化对粘土分散性的影响。试验结果表明,在Na＋浓度为8×10^-4-1×10^-2mol/L范围内和pH约大于10.4的介质环境条件下,非分散性土表现特征为分散性;而Na^＋浓度在该浓度范围外时或阳离子为其他离子介质环境条件下,非分散性土表现特征为非分散性。研究表明：土体产生分散性的必要条件是土体中含有较多的钠离子和呈强碱性;蒙脱石含量高低不是分散性土的必要条件。     

分散性土及工程应用的研究进展

分散性土在世界各地特别是干旱半干旱地区分布广泛，属于一种水敏性的特殊土，抗水蚀能力很低，容易形成管涌、洞穴、冲沟等破坏，对建筑物的安全性造成严重威胁。对分散性土的定义与内涵、分散机理、鉴定方法、改性应用进行了分析、总结与展望。分散性土是一种在水力坡降很低条件下由于土颗粒间的排斥力超过吸引力而导致土体产生分散流失的黏性土。分散性土的形成机理在于土体中的胶结物质特别是黏粒含量低或土体中含有较多的钠离子和酸碱度呈碱性。一般采用双比重计、碎块、针孔、孔隙水可溶性阳离子和交换钠离子百分比等室内试验结果来综合鉴定土样的分散性，野外调查和经验模型等方法可作为辅助鉴定手段。采用物理保护、化学改性或综合处治提高分散性土的水稳性，其中化学改性是最根本的方法。在未来的研究中，应重视与加强研究土粒间斥力与引力关系、探索分散性土渗透破坏特别是土体裂缝演变规律、研发经济高效环保的改性材料等方面工作。     

膨胀土电化学改性试验研究

为了研究改善膨胀土性质的方法,同时了解膨胀土改善后的性质,通过以羟基铝溶液为电解液的电化学试验方法对膨胀土的性质进行改善,将改性后的试样土分为A区(阳极区)、C区(阴极区)和M区(中间区)3个部分,并分别对3个部分试样土以及原状土进行宏观和微观试验分析。试验数据分析得到:电化学改性后的试样土的黏粒含量减少而粉粒含量增多,比表面积和孔径减小,颗粒间连接更紧密,内摩擦角增大,同时土颗粒的持水量减少,亲水性减弱,自由膨胀率大大降低。试验结果表明:膨胀土的性质变化是由[Al₁₃]⁷⁺的离子交换和局部pH值变化等使带电土颗粒的扩散双电层变薄、颗粒间斥力变弱导致的,试样土A,C,M区的改善效果差异是受到外加电场对双电层的影响和土体微结构的各向异性等因素造成的。     

大坝土料的物理化学性质及分散性试验研究

粘土的分散性与粘土的物理化学性质存在一定的关系。通过对某工程土料的物理化学性质分析,并结合针孔试验、碎块试验、双比重计法、孔隙水阳离子试验和交换性钠百分比试验5种分散性鉴定试验对粘土的分散机理进行了研究。研究表明:粘土的分散性与粘土物理化学性质密切相关,尤其体现在Na+含量和pH值上,一定百分含量的Na+和一定程度的pH值是土体产生分散性同时具备的两个必要条件,且应该存在一定的量化关系。     

吉林省乾安地区分散性土体改性试验研究

分散性土遇水容易分散流失,极易对水渠、大坝等造成冲沟、管涌等破坏,对水利工程造成不利影响。为降低工程灾害,需对分散性土进行改良。实验以吉林省乾安县分散性土体为研究对象,分别采用石灰+粉煤灰(比例1∶2)、水泥+石灰+粉煤灰(比例1∶1∶4)两种改性方案,通过针孔试验和碎块试验验证改性效果,并通过渗透试验探究改性剂对土体渗透性能的影响。综合试验结果,推荐采用石灰+粉煤灰改性方案,其中分散性土改性推荐最低胶材总掺量为6%,过渡性土改性推荐最低胶材总掺量为4%。改性剂对分散性土的渗透性影响不大,但对土样分散性的改良较为显著,可用来指导工程实践。     

基于裂缝冲刷试验的分散性土自愈性研究

为研究分散性土裂缝自愈特性,以西安某矿场天然分散性土的土样和某大坝工程库区土样为研究对象,并以生石灰和碳酸钠盐为分散剂,开展分散性鉴定试验、土体基本性质试验和室内裂缝冲刷试验,探究分散性、土体基本性质和反滤料级配对分散性土裂缝自愈性的影响。结果表明：同一反滤料下,土体的分散性越高,则其裂缝表面土颗粒湿化崩解后掉落的颗粒越小,裂缝愈合越慢,最终自愈程度越好。裂缝自愈特性受到土体基本性质等多种指标变化的影响,其中酸碱度影响最为显著。同一试验土样下,反滤料颗粒粒径越小,则反滤层辅助防渗效果越好,裂缝愈合质量越好。     

NaCl作用下红黏土裂隙发育规律研究

土体在盐作用下强度会弱化,造成土体变形。为探索不同浓度NaCl溶液对红黏土的裂隙发育演化规律及其工程性质的影响,分别制作不同浓度NaCl的泥浆样,定时对试样进行称重、拍照,观察试样裂隙发育过程。结果表明：NaCl浓度的增加,改变了土颗粒之间的作用力,红黏土的水分蒸发速率也随之降低,裂隙块数明显减小,NaCl溶液对红黏土裂隙发育起到明显的抑制作用,且浓度越大效果愈明显。此外,通过界限含水率与直剪试验探索了不同浓度NaCl溶液对红黏土力学性质的影响,利用Zeta电位试验分析了其力学性质变化原因与裂隙发育规律。试验发现：由于NaCl溶液改变了土体结构与颗粒间的摩擦力,使得扩散层厚度变小,从而红黏土的液塑限与抗剪强度指标随着溶液浓度的增加而降低。     

大石峡水电站筑坝土料分散性综合判定及改性研究

分散性土的抗冲蚀能力很低,对许多工程的安全性造成严重威胁。在分析土样物理化学性质和矿物学性质的基础上,采用双比重计、碎块、针孔、孔隙水阳离子和交换性钠百分比等试验方法,对大石峡水电站大坝防渗土料的分散性及其改性措施进行了研究。研究结果表明,土样1号和4号属于分散性土,2号、3号、5号属于过渡性土。土样产生分散的主要原因:一是土样中含有数量较多的钠离子,使得伊利土也像那钠基蒙脱土一样具有较强的分散性;二是酸碱度较高,使得土颗粒之间的斥力能大于引力能,促使土样分散;掺入质量分数0.26%的AlCl_3·6H_2O或质量分数0.35%的CaCl_2都会对分散性土样产生显著的改性作用。结果表明:土样产生分散的条件是土样中含有大量的钠离子和较高的p H值;AlCl_3·6H_2O的改性效果明显优于CaCl_2,是一种有效的分散性土改性剂。     

分散性土改性效果干湿循环模型试验研究

现行水利工程上主要采用掺入改性剂消除分散性土的分散性,但在部分工程应用中效果并不理想。为了消除分散性土的分散性,提高分散性土的性能,以更好地应用于工程实际中,从改性剂对分散性土改性效果方面进行研究。选取掺入量为4%粉煤灰、1%生石灰及1%水泥的组合改性剂,采用干湿循环模型试验研究组合改性剂对分散性土的改性效果,并通过25次干湿循环试验分析改性后分散性土的工程耐久性能。试验揭示了干湿循环下分散性土及其改性土坡面降雨冲刷破坏形态及干燥裂化特征。研究结果表明:改性后的分散性土在干湿循环下性能优于分散性土,改性土相对流失减少率主要集中在40%～60%之间,最大可达到74.92%。组合改性剂能够消除分散性土的分散性,提高其抗冲刷能力,且具有良好的工程耐久性。研究方法和研究结果可为分散性土改性工作提供参考。     

分散性土分类与鉴别的室内试验研究

采取5项土样的分散性鉴别试验,即针孔试验、双比重计试验、碎块试验、孔隙水可溶性阳离子试验和交换性钠离子百分比试验,以及标准吸湿含水率和pH值的测定,对东北某大坝心墙土料进行分散性鉴定试验研究。试验和分析结果表明,10个土壤样品中,3个呈分散性,1个呈过渡性,其余6个呈非分散性。通过分析土壤样品的理化特性发现:3个分散性土壤样品发生分散的主要原因是交换性钠离子含量较高,pH值较高,属于强碱性土壤;另外7个土样中的黏粒含量和有机质含量高,pH值偏低,抑制了分散性,因此土样表现为不分散或过渡性土的特征。标准吸湿含水率试验能较为准确地测定出土样中的蒙脱石含量,再结合pH值和交换性钠离子百分比试验,可对土样的分散性进行初步推测。     

MICP技术改性膨胀土试验研究

为了探究膨胀土新型改良技术,引进微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)新型环保的土体加固技术,利用巴氏芽孢八叠球菌开展MICP压力灌浆改性膨胀土室内试验,研究了胶结液浓度对膨胀土力学性能、微观结构及水理特性的影响,揭示了MICP技术改性膨胀土的作用机理,评价了MICP压力灌浆改性膨胀土试验的效果。试验结果表明:灌浆处理后试样的无侧限抗压强度最大增加了379.4%,土体刚度也有所提高;试样的膨胀性、渗透性均有明显改善,膨胀力最高可减少25.3 kPa,渗透系数最大减少3个数量级;试验改性效果随着胶结液浓度的增大而提高,但当胶结液浓度增大到一定程度后,改性效果不再显著。研究成果验证了MICP技术用于改性膨胀土的有效性和可行性。     

酸性溶液对重塑黄土工程性质的影响研究

地基酸碱污染已成为环境岩土工程领域一个亟待解决的问题。采用室内模拟方法,用不同酸碱度的盐酸溶液浸泡黄土,研究酸性溶液对黄土基本物理化学力学性质的影响,并通过扫描电镜试验对其进行微观研究。试验表明:随着酸性溶液酸性增强和浸泡时间的增长,黄土中交换性阳离子增多,有机质含量降低,土粒颗粒相对密度减小,黏粒含量增大,液限、塑限均增大,渗透性增强,抗剪强度降低;SEM图像显示随着酸性增强和浸泡时间增长土体孔隙孔径增大,由面-面接触逐渐转变为点-点接触。     

水泥改性膨胀土强度特性及微观机理研究

对水泥改性膨胀土进行抗压强度试验和扫描电镜试验,借助GIS技术建立膨胀土微观结构三维模型并计算三维孔隙率,分析水泥的掺入对膨胀土微观孔隙变化规律。结果表明,水泥对膨胀土具有良好的改性效果,抗压强度随水泥掺入比的增加而增大。基于GIS技术对水泥改性膨胀土的SEM图像建立3D Sense模型,直观、真实地展现了土体颗粒微观结构的起伏形态。对比结果,基于GIS软件对土体微观结构进行定量分析的方法是可行的,计算结果具有较高的准确性,研究结果为水泥改性膨胀土提供基础参数。     

聚合氯化铝(PAC)改性膨胀土的胀缩特性试验研究

膨胀土具有吸水膨胀和失水收缩的特性,容易引起上覆构筑物的破坏。通过颗粒分析试验、界限含水率试验、自由膨胀率试验、膨胀率试验、收缩试验和扫描电镜试验,对聚合氯化铝(PAC)改性膨胀土的物理与胀缩特性进行了研究,并与硅酸钠改性土对比。结果表明:掺入PAC的膨胀土,黏粒含量降低,亲水性减弱,液限降低,塑性指数显著下降;在一定掺量范围内,PAC改性后膨胀土的自由膨胀率、无荷膨胀率、有荷膨胀率、线缩率、体缩率等胀缩性指标降低;大量的絮状物通过填充土体中的孔隙与胶结土颗粒,使土体结构性得以改善。PAC改性膨胀土的机理在于其在水介质中可电离产生大量高价[Al]^m+和[Al_m(OH)_n]^3m-n絮凝物,这些生成物通过离子交换、电中和、架桥吸附和絮凝网捕作用,降低表面电荷,使黏土颗粒相互聚集,降低膨胀土的胀缩性。     

南水北调中线工程水泥改性土的试验研究

选取南水北调中线工程平顶山段中膨胀土作为试验标本,通过室内和室外的碾压试验、滴定试验以及膨胀率试验研究了水泥改性土的某些性质,为水泥改性土的设计施工提供参考。水泥改性土有效降低了膨胀土的膨胀率,增加了土体的稳定性,保证了南水北调工程平顶山试验渠段改性土换填施工质量。     

阴离子聚丙烯酰胺改性压实黄土的力学特性研究

阴离子聚丙烯酰胺(APAM)常作为农业领域的土壤改良剂，关于其改性土体工程力学性能的研究则很少。通过击实、土壤浸出液导电率、无侧限抗压强度和固结试验，并加入无水氯化钙(CaCl2)作为补充钙源，对APAM改性压实黄土进行了工程力学性能评价。试验结果表明：只加APAM能使土体最大干密度(ρdmax)较对照组增大2.19%～3.77%,无侧限抗压强度(qu)增幅为43.3%～61.2%;同时加入APAM和CaCl2能进一步提升改性土的力学性能，qu的增幅达85.3%;导电率试验证明了APAM能增强土体的胶结作用。通过扫描电镜(SEM)能观察到改性土有更大的土团聚体和更小的孔隙，其成因是改良剂和压实功的双重效应使土体的胶结作用增强。掺入APAM能提升湿陷性黄土的力学性能，但改良存在施用阈值，0.03%是一个相对合适的掺入比。同时掺入APAM和CaCl2对土体的改良效果优于单独掺入APAM或CaCl2。     

废旧轮胎颗粒水泥混合土土工特性研究

砂土或黏土中加入废旧轮胎颗粒和水泥,可对土体进行改良,增加稳定性,提高强度和耐久性,同时可降低造价等,如用作路基或挡墙填料,或用作海岸涂层材料等,具有广阔的应用前景。对添加轮胎颗粒后的混合土进行了系列试验研究,以探讨混合土的土工力学特性。结果表明:养护龄期、轮胎颗粒和水泥含量对混合土无侧限抗压强度有较大影响,随轮胎颗粒含量减小,混合土渗透系数随之减小,CBR值(加州承载比)相应增加,剪切模量随之增加。试验表明,混合土用作改性土工材料其力学性能优良。     

酸污染离石黄土物理特性及微观结构试验研究

为探究酸污染对黄土物理性质的影响,采用浓度为0.5,1.0,2.0,3.0,4.0,6.0,8.0,10.0 mol/L的盐酸溶液浸泡离石黄土,制备酸污染试样,并以蒸馏水浸泡样作为对照组。通过室内试验探究酸污染离石黄土土粒相对密度、孔隙比以及塑性指数变化规律,并对酸污染离石黄土试样进行微观结构分析,进一步揭示离石黄土物理特性变化机理。试验结果表明:①离石黄土相对密度从2.73降至2.69,呈线性渐进减少;②酸浓度的增加导致试样孔隙比逐渐增大,离石黄土孔隙比从0.77增至1.33,呈单指数增长;③随酸浓度的增加,试样塑性指数从11.89增至13.73再降至7.34,呈现出先增大后减小的情形;④经酸污染作用后,离石黄土微观结构发生明显变化,即酸浓度越大,土体颗粒表面变得越粗糙,骨架颗粒越松散,细粒含量逐渐减小,孔隙面积不断增加。     

某心墙坝土料分散性判别与石灰改性土的性能规律分析

分散性土作黏土心墙会影响大坝的防渗安全,通过针孔试验、碎块试验对新疆某心墙土料的分散性进行了判别,分别采用天然河水与石灰进行改性试验,研究不同石灰掺量和陈化时间对改性土物理、力学性能的影响规律。结果表明,黏粒含量为12%是土料产生物理性、化学性分散的界限;采用天然河水进行改性,效果不佳,当石灰掺量为3%时,可完全消除分散性;土样掺入1%的石灰后,界限含水率变化明显,最大干密度由1.79 g/cm³降至1.69g/cm³、压缩模量由13.4 MPa增至19.4 MPa、黏聚力由25.1 kPa升至43.3 kPa;随石灰掺量的增加,最大干密度提高、内摩擦角减小,黏聚力增大;随着陈化时间的延长,液限呈增长趋势,最大干密度在24 h内较稳定,之后开始降低,240 h后趋于稳定,压缩性在72 h内变化不明显,而后开始增强。由于石灰中含有大量的钙离子,因此使分散性土的性能发生变化。     

陕北筑坝黄土的分散性判别及其改性研究

分散土遇水易分散流失，极易对水渠、大坝等水利工程造成冲沟、管涌等危害。为避免陕北地区土石坝因此造成溃坝，采用野外调查分析、经验公式判别、泥球试验和针孔试验，对陕北７座水库１０组筑坝黄土的分散性进行了判别，通过土样和库水的物理化学性质分析，阐明了分散土的影响因素及分散机理，同时研究了石灰对分散土的改性作用。分析结果发现，１０组筑坝土样中２组属于物理－化学复合性分散土、４组属于低凝聚性土（物理性分散土）、２组属于过渡土、２组属于非分散土。物理－化学复合性分散土在库水的抑制作用下分散性会减弱，表现为低凝聚性土的特征。土体的分散性随着石灰剂量的增加和养护龄期的延长，逐渐降低并完全消除。研究表明，陕北筑坝黄土由于黏粒含量低、钠离子含量高和酸碱度呈碱性，因此具有一定的物理或化学分散性，导致抗水蚀性较差。库水对土的分散性具有较强的抑制作用，石灰对低黏粒含量的分散土有很好的改性效果。