土中结合水对红黏土抗剪强度特性的影响机制

通过室内红黏土试样的直剪试验和等温吸附试验,探讨了含水量对红黏土抗剪强度的影响,并对红黏土中吸附结合水含量和类型进行了测定和划分,阐释了结合水影响红黏土强度特性的微观机制。结果表明:(1)红黏土吸附曲线可分为稳定吸附阶段(RH<0.908,此阶段主要吸附强结合水),强吸附阶段(RH=(0.908, 0.976),这一阶段主要吸附弱结合水),吸附平衡阶段(RH>0.976);(2)红黏土的抗剪强度值与黏聚力均随含水量增加呈先增后减的趋势,且均存在临界含水量,R1和R2分别约为23.0%和12.0%(与各自的土中结合水总含量接近),内摩擦角则随含水量增加不断减小,呈一阶线性负相关;(3)红黏土强度的改变是土中各种微观作用力共同作用的结果,当土中吸附水主要为强结合水时,颗粒间的水膜连结力和胶结作用力增大,宏观表现为黏聚力增大,抗剪强度增大;(4)随着土中自由水的出现,结合水膜变厚,水膜连结力减弱,同时胶结作用也被破坏,黏聚力下降,抗剪强度减小。     

孔隙溶液浓度的变化对黏土强度的影响

孔隙溶液的变化对土体的强度具有重要作用,为了分析孔隙溶液浓度的变化对黏土的有效强度及黏土颗粒微观结构的影响,基于应变控制式室内直剪仪和电镜扫描技术,对采用不同浓度Na Cl溶液饱和的重塑土样进行强度和微观试验研究。试验结果表明孔隙溶液浓度的变化对土体黏聚力有很大影响,随着Na Cl溶液浓度的增加,黏聚力呈现降低趋势,当Na Cl孔隙溶液达到0.1 mol/L时,黏聚力出现负值。黏聚力主要来源于颗粒间物理化学作用力对颗粒移动的阻碍作用,当黏土孔隙中的Na Cl溶液浓度增加时,颗粒间斥力减小,颗粒变的易于移动,黏聚力下降。同时由于土中真实孔隙水压力的存在,使得黏聚力呈现负值。另外,通过电镜扫描对土体微观结构的探测表明,用Na Cl溶液调拌的土样主要以凝聚结构为主,而用去离子水调拌的土样主要以集聚结构为主。     

黏性土几种比表面积测试方法的比较

比表面积是黏性土重要的物理化学指标,选择合适的测试方法是正确获得这一参数的前提。采用亚甲基蓝(Methylene Blue)吸附法、乙二醇乙醚(Ethylene Glycol Monoethyl Ether)吸附法、甘油(Glycerin)吸附法以及风干含水率经验公式对5种黏土的比表面积进行试验测定及估算,试验结果表明:对于不含蒙脱石的土样,各种方法测试结果较为一致,偏差较小;但对于含蒙脱石的土样,EGME法的试验结果比其他方法偏小较多。通过X衍射对各种吸附液饱和后的蒙脱石土样进行试验后发现,风干状态下蒙脱石的晶层间距d_(001)=15.6?,而经EGME法、甘油法、MB法饱和后d_(001)分别变为15.9?,17.5?,19.0?,蒙脱石的晶层在甘油及MB饱和后扩展明显,便于吸附分子进入晶层内表面,因此分子覆盖效果更好。统计分析表明,土的比表面积反映了土中各亲水性黏土矿物组分及相对比例的综合影响,因此比表面积与液限、塑性指数及活性等物性指标具有相关性,可用幂函数形式来拟合,而黏粒含量不能反映黏土矿物类型对比表面积的影响,因此当统计试样的黏粒中同时含有膨胀性和非膨胀性矿物时,比表面积与黏粒含量相关性较差。     

人工土固结过程中微观结构效应研究

通过定量分析固结人工土的微观结构,研究非黏土矿物与黏土矿物对土体微观结构(颗粒和孔隙)变化的影响。经ESEM图片比对分析后发现:非黏土矿物长石试样颗粒较大,粒间大多以面-面连接,结构较致密,加载后,大颗粒碎散成小颗粒,颗粒平均粒径减小,圆形度提高,颗粒定向性变化较大而其分布分维数呈现下降趋势;黏土矿物高岭土试样颗粒较小,粒间大多以边-边、边-面连接,孔隙较多,加载后,团聚现象明显致使颗粒平均粒径增大,圆形度降低,孔隙也逐渐向团聚单元体内部孔隙转变,在加载初期(p<100 kPa),颗粒与孔隙的定向概率熵与分布分维数均明显下降,之后趋于稳定。     

单矿物黏土对聚羧酸减水剂分散性的影响与机理

研究了4种单矿物黏土(钠基蒙脱土、钙基蒙脱土、伊利土、高岭土)对掺聚羧酸减水剂水泥净浆流动度的影响,测定了单矿物黏土的水-黏土质量比及其对聚羧酸减水剂的吸附量,以及在此基础上单独补偿水或减水剂后单矿物黏土对聚羧酸减水剂分散性能的影响.结果表明:补偿水或聚羧酸减水剂之后,基本可消除伊利土、高岭土对水泥净浆流动度的影响,但蒙脱土的影响仍显著存在;对吸附了聚羧酸减水剂的单矿物黏土进行的红外光谱、X射线衍射分析表明,蒙脱土对聚羧酸减水剂的层间吸附是导致其对聚羧酸减水剂吸附量和聚羧酸减水剂分散性的影响比其他单矿物黏土大的主要原因.     

离子土固化剂改良膨胀土的机理研究

以河南安阳典型弱膨胀土为研究对象,分别对素土及离子土固化剂（Ionic Soil Stabilizer,简称ISS）改良土进行一系列的理化试验研究,通过标准吸湿含水率试验分析土体吸湿持水能力的变化;通过X射线衍射、傅立叶红外光谱测试、阳离子交换量及可交换阳离子成分测定、Zeta电位、比表面积,扫描电镜试验分析土体矿物组分、晶体结构、电化学性质及表面属性等反映土体胀缩本质因素的变化规律。试验结果表明：膨胀土经离子土固化剂处理后,吸湿持水能力下降,膨胀能力变弱,土样矿物成分未发生明显变化,但蒙脱石类矿物d₀₀₁晶层间距变小,层间水合度降低;通过离子交换,ISS置换出膨胀土体颗粒表面亲水性阳离子,促使土体阳离子交换量减小,可交换阳离子主要成分为Ca²⁺;改良土体ξ电位降低,土颗粒间连接力增强,比表面积减少。ISS改良机理可解释为通过离子交换,吸附,包裹等一系列复杂的表面物化反应,降低黏土矿物晶层间“水敏性”,改变土颗粒表面的双电层结构,促使结合水膜厚度减薄,从而降低了土体的膨胀性,水稳定性。     

氧化铁胶体与黏土矿物的交互作用及其对黏土土性影响

以湛江黏土为研究对象,采用选择性化学溶解法,利用浸泡法、改进型渗透仪与柔性壁渗透仪除去土中游离氧化铁、无定形氧化铁和络合铁胶体,比较分析除去氧化铁胶体前后土的物理与力学性质指标、矿物成分以及结构变化特点,探讨氧化铁胶体的界面活性、胶结特性及其与黏土矿物的交互作用。结果表明,湛江黏土的结构强度受黏土矿物——氧化铁胶体的电性引力和镶嵌孔隙的氧化铁胶结状态的控制是导致其具有高灵敏性、强结构性的根本原因。氧化铁胶体对湛江黏土的水稳性、稠度、黏附性、渗透性、压缩性、灵敏性、结构强度均有重要影响。氧化铁胶体与黏土矿物的交互作用的本质并不是通过改变和破坏矿物晶格结构来改变黏土矿物性质,而是通过改变土颗粒间的联结状态及粒间力来控制微观结构形态,进而影响土的基本性质。氧化铁胶体对土性的影响程度与其赋存状态、老化结晶程度、水化程度密切相关,除了游离氧化铁、无定形态的氧化铁也是构成湛江黏土胶质联结的重要组成部分。     

土骨架的新概念与土的动力特性

该文细化了土骨架的新概念,并对土的动力特性进行了分析:天然半无限土体的大气张力库伦抗剪强度由土骨架的接触和联接提供,接触提供4项摩擦抗剪强度,膜联接直接提供真黏聚力。弱结合水膜联接是柔性的,强结合水膜联接是刚性的。阳离子的存在以及偶极子相遇是溃散或损伤的黏粒骨架重新建立公共结合水膜联接的前提。提出了黏粒网兜群骨架的新概念:是土骨架的一部分;在饱和土中,先由黏粒靠公共结合水膜联接形成大大小小的网兜,网兜局部是单层或多层的,不一定均匀;有可能小网兜靠公共结合水膜联接再形成大网兜;也有可能2个网兜共用局部单层网片;大小网兜之间靠公共结合水膜联接在一起组成群;网兜内装有粉粒或砂粒;网兜破损的碎片叫网片。在饱和土中,砂类颗粒与黏粒之间没有胶结;当黏粒没形成网兜群骨架,是破网、网片、散粒时,黏粒只是砂类颗粒之间的润滑剂,数量越多,反而越帮助砂类颗粒运动。在非饱和土中,含水量小时,所有颗粒之间都有胶结(收缩膜或结合水膜联接),抗震能力强。饱和粉土液化判断的依据之一是,在一定烈度下,黏粒含量是否足够形成网兜群骨架。高含水量的可塑性黄土震陷的主要原因是,黄土的蜂窝壳体饱和或接近饱和,几乎丧失所有胶结强度,地震时蜂窝壳体塌陷。还分析了高含水量的饱和粉质黏土、软弱黏性土震陷的主要因素。     

软土真空预压处理有效性的宏微观分析

 地基处理前分析软土宏微观性质对预测真空预压法处理的有效性具有重要意义。通过室内宏微观试验,对珠海金湾地区软土矿物成分、比表面积,以及固结前后的微观结构、孔隙特征等进行分析和研究,得出土体结合水量、强度指标等影响真空预压法处理效果的关键因素。研究结果表明,珠海金湾软土黏土矿物成分含量不高,且黏胶粒占50%,比表面积较黏土矿物小;颗粒呈曲片絮凝状叠聚体,固结变形后出现团聚现象,孔隙压密,无颗粒破碎形状变化;微孔隙尺寸分布主要为400 nm＜r＜2 500 nm,固结后试样的累积进汞量大幅减小,且大孔隙变成小孔隙。说明土体的结合水量不高,含较多的自由水,且内摩擦角变化不大,而黏聚力有较大的增长,真空预压法处理效果明显。     

斥水砂-黏混合土的基本物理力学性质

斥水土具有许多优良的性质，目前在利用斥水土方面主要针对斥水性砂土，为扩展斥水土的应用范围，对斥水砂-黏混合土进行了一系列物理力学试验，结果表明：斥水黏土的松散土样在等温条件下吸附稳定后，表现出了明显斥水不均匀性，而斥水黏土与斥水砂土混合样则呈现斥水均匀性。2种土样击实后均表现为斥水均匀性。亲水土的土水特征曲线位置要高于斥水土，但不会出现基质吸力由“吸引”变为“排斥”情况，亲水黏土斥水化后黏聚力会有所降低。亲水或斥水黏土中加砂减小了土体的黏聚力，但增加了内摩擦角。黏土中加入亲水或斥水砂并不会引起二者强度的明显差异。斥水土与亲水土物理力学性质的差异主要是由于黏土颗粒吸附及斥水性黏土团聚体的存在造成的。斥水黏土加入斥水砂将极大拓展斥水土的应用范围，将为斥水土的进一步推广和应用提供相应的试验基础。