生物酶改性膨胀土室内三轴试验研究

采用室内三轴试验,研究了生物酶、石灰、水泥改良膨胀土的应力-应变曲线及强度特性,探讨了生物酶、石灰、水泥含量对改良膨胀土强度影响的变化规律。试验结果表明:1)改良膨胀土的偏应力随轴向应变的增加而增加,掺生物酶改性膨胀土的试验曲线表现为硬化型,掺石灰、水泥改性膨胀土试验曲线表现为软化型;2)掺生物酶、石灰、水泥能提高膨胀土体承受偏应力的强度,相同围压下,掺1∶300(酶与水的质量比)生物酶试样承受的偏应力最大,掺7%的石灰次之,最后为掺9%的水泥;3)通过比较分析强度提高系数R可知,掺1∶300(酶与水的质量比)生物酶对提高膨胀土抗剪强度效果最佳。以上研究结果为娄益高速处置膨胀土路基提供量化资料,同时也为其他膨胀土工程提供参考。     

膨胀土改性试验研究

膨胀土是一种特殊的粘性土,具有遇水膨胀、软化,失水收缩、硬化等工程特征,掺入水泥或石灰后其工程特性会发生改良。选取南阳中等膨胀土,进行水泥与石灰改性研究。通过改性土的基本物理力学性质试验,对比研究了水泥与石灰改性的效果,为膨胀土渠道、边坡等设计施工处理提供科学和有价值的依据。     

生物酶改良膨胀土的压缩特性

为探究生物酶改良膨胀土压缩特性,通过一维固结试验,研究了生物酶、石灰、水泥改良膨胀土体孔隙比、压缩系数、单位沉降量与荷载变化规律。探讨了固结压力对生物酶、石灰、水泥改良膨胀土体压缩特性的影响。试验结果表明:生物酶、石灰、水泥改良膨胀土表现出不同的压缩性,主要反映在压缩曲线与压缩系数上;掺生物酶、石灰、水泥都能改善膨胀土的压缩性,其中,生物酶配比为1∶300改良膨胀土的压缩性最小;改良膨胀土的单位沉降量与荷载的关系可用幂函数来表示:si=bpai。     

抗疏力固化剂改性黄土工程性质及其改性机制

 将抗疏力固化剂运用到黄土加固中,并对比水泥、石灰改性黄土性质,探究抗疏力固化剂改性机制。通过强度试验、崩解试验、渗透试验探索改性土工程性质。通过开展水滴入渗、X衍射、电镜扫描、压汞等试验分别分析土样土颗粒表面能、矿物成分、微观结构、孔隙充填情况以探究改性机制。试验结果表明：抗疏力固化剂改性黄土强度、抗崩解性显著提高,渗透性略有降低。水滴入渗试验显示抗疏力改性黄土土颗粒表面自由能极大降低,斥水性明显优于水泥、石灰改性土;不同抗疏力固化剂添量土样X衍射图谱中物象群峰基本相同;SEM图像显示随抗疏力固化剂掺量提高,黄土中粉土颗排列方式基本不变,细小黏附物发生凝聚,附着物略有增多;压汞数据显示抗疏力改性黄土中大、中、小孔隙体积均略有减小,微孔隙明显增多。初步得出抗疏力改性黄土的机制在于：降低土颗粒表面能以提高阻水、抗水性;抗疏力物质包裹土颗粒及细小黏土颗粒发生凝聚来连结土颗粒,强化骨架颗粒连结强度;抗疏力材料膨胀挤密作用较弱,改性黄土通透性好。抗疏力固化剂在改善黄土力学性质、水理性质的基础上,还一定程度上解决了传统固化剂在提高阻水性的同时通透性降低的矛盾。     

石灰改良膨胀土微孔结构试验研究

0　引　　言 用石灰改良黏性土的工程性质、抑制膨胀土的胀缩性是岩土工程中常用的方法,但对于其机理以及掺灰量的确定,过去因技术的限制,多采用化学和力学的方法作过较多的研究[1～3],而对于膨胀土加灰前后微孔结构的变化及改性机理一直不是十分清楚。本文从黏性土的微孔结构角度,采用美国产的ASAP-2010M+C表面吸附仪(该仪器在国外对矿物学和表面化学领域的相关研究较多[4～6],且仅局限于矿物晶体结构和表面,而对土体的微孔和膨胀性的讨论未见诸各文献),对在实验室中放置了8a的石灰土压实土样进行了表面吸附试验研究,测得了土样加灰前后的BET比表面积、BJH微孔比表面积、BJH微孔体积、微孔孔径及孔径     

基于核磁共振和扫描电镜的蒙内铁路膨胀土改良细观结构研究

孔隙结构及分布特征对膨胀土的物理力学性质有重要影响。通过核磁共振技术,对石灰–火山灰改良处理前后的膨胀土孔隙特征进行分析,获得膨胀土孔隙变化及分布规律。通过SEM对细观结构生成高分辨率图像,分析改性前后膨胀土内部颗粒胶结方式变化。试验结果表明:改良后直径在0~0.1μm范围内的孔隙个数明显减少,直径在0.1~4μm范围内的孔隙个数有所增加,直径超过4μm的孔隙个数整体上呈减小趋势。膨胀土进行改性处理后,形成具有蜂窝状、骨架状、海绵状的混合结构,提高了土颗粒的胶结紧密程度,降低了孔隙的连通性,有效抑制了膨胀土的胀缩特性。     

膨胀土水泥改性施工均匀性试验研究

常用无机类膨胀土改性处理主要有石灰改性和水泥改性,就施工工艺而言,影响改性效果主要因素是改性剂与土料拌和的均匀性,主要包括两个方面问题:一是膨胀土开挖料超大土团的破碎问题;二是开挖料高含水率速降问题。针对水泥改性膨胀土施工工艺,开展了进一步的试验研究,确定了膨胀土料最大土团级配和含水率控制标准,分析了现场施工采用的旋耕机和条筛碎土新工法的可行性,为水泥改性膨胀土现场施工工艺提供理论指导和技术借鉴。     

脂肪族离子固化剂改性水泥土的机理研究

水泥基材料加固土(水泥土)存在早期强度低、易开裂变形等性能缺陷。为对其改性,在水泥土中掺入含水率体积1/300～1/50不等的新型土壤固化材料,离子固化剂(ISS)。通过无侧限抗压强度试验、体积化学减缩试验,探究了ISS改性水泥土的可行性,并通过对表面吸附特性、物相构成演变、微结构特性的表征及分析,对ISS改性水泥土的机理进行了系统的研究。结果表明:ISS分子对于水泥土各组分具有显著的选择吸附性;ISS掺入水泥土后,能够提升体系内各组分的分散性并降低黏土矿物结合水的能力,进而加速土体内水化反应产物的生成,优化土体孔隙结构,提升土体强度并增大体积化学减缩;最优ISS掺量为1/150,过量的掺入会减弱ISS的改性效果,但可降低水泥土体积的化学减缩。相关成果可为离子固化剂应用于水泥土的改性提供一定的参照。     

固化土孔隙CH饱和度对强度的影响

含胶结组分和膨胀组分的复合固化剂是制备高强固化土的重要技术途径。采用以水泥、石灰作为胶结组分,以硫铝水泥+石膏、高铝水泥+石膏为膨胀组分的复合固化剂固化太原土样,通过固化土强度试验和孔隙液液相离子浓度测试,探讨固化土孔隙液液相Ca(OH)_2(CH)饱和度对强度的影响机理,得出:复合固化剂固化效果优于单一水泥固化剂;固化土孔隙液液相CH饱和度对复合固化剂固化效果产生积极影响,孔隙液液相CH饱和有利于固化土强度提高;固化土孔隙液液相CH饱和度影响水化产物CSH和AFt的生成是造成其对固化土强度影响的直接原因。     

改良膨胀土在公路路基的应用

简述了膨胀土的分布情况及主要工程特性,分析了膨胀土路基病害,开展了膨胀土的石灰改性试验,试验表明:经石灰改性后,膨胀土胀缩性大幅降低,可满足路用要求。     

改良膨胀土填料的综合试验

从室内配比试验、填筑试验、质量检测、动态试验及变形观测等角度对膨胀土改良后作为路堤填料的适宜性进行了系统研究。对膨胀土改良后作填料的的设计、填筑施工及质量检测方法、标准提出了建议。通过近4年的开通运营证明合宁铁路膨胀土地区采用改良后的膨胀土作为路堤填料是成功的。     

膨胀土填料改进CBR试验方法的提出与验证

针对膨胀土的本质特征及其CBR强度往往达不到现行路基设计规范要求(≥3%)的现象,从制件时的浸水方式、上覆压力以及制样含水率三方面着手,全面分析了标准CBR试验方法用于评价膨胀土填料强度特性的不合理性。依据封闭包盖法成功修建填芯路堤实体工程中膨胀土的实际工况,提出一套评价膨胀土这类特殊土真实强度的改进CBR试验方法:采用重型击实标准、湿法最佳含水率制件,改试件浸泡顶部浸水为侧向浸水并增大上覆压力。通过对比分析两种土类(膨胀土和非膨胀土)六个土样的标准试验方法与改进试验方法的CBR测试结果,验证了改进试验方法的合理性和可行性,为膨胀土地区的路堤修建直接采用不同胀缩等级的膨胀土填筑下路堤提供了依据。     

宽广吸力范围内弱膨胀土的抗剪强度及其预测

在宽广吸力范围内对不同吸力的非饱和弱膨胀土进行了一系列吸力控制的三轴剪切试验。关于吸力的施加,较低吸力采用轴平移技术;高吸力采用蒸汽平衡法。试验结果表明:在净应力相同的条件下,试样的应力应变关系曲线随着吸力的增大而升高、剪缩量变小,并且随着吸力的增大其偏应力–应变关系和体变明显地表现出类似超固结土的特性。主要原因是试样受到较大的吸力,弱膨胀土试样失水收缩、孔隙比减小均明显,使试样剪切过程中表现出类似超固结黏土的特性。在宽广吸力范围内,吸力所引起弱膨胀性土体积收缩明显,不可忽视。根据压汞试验结果确定的微观饱和度引入有效饱和度中,再将试验结果与修正后的Bishop非饱和土强度公式的预测值进行比较,证明了修正后的Bishop非饱和土强度公式在宽广吸力范围内可较为准确地预测非饱和弱膨胀土的抗剪强度。     

引江济淮河道膨胀土边坡换填层余料工程特性研究

引江济淮河道工程沿线膨胀土分布范围广、厚度大、天然含水率高,河道膨胀土边坡采用改性土换填方案防护,填筑改性土层超宽施工产生大量削坡余料,余料再利用对于工程进度和造价有重要影响。通过试验研究发现,相对于原生改性土,余料的最优含水率增大,容易压实,有利于现场压实度控制。余料的直接剪切强度和原生改性土差别不大,剪切破坏表现为明显的超固结土特征。余料的强度随养护时间无明显的变化。5%水泥改性土削坡余料的膨胀性远小于弱膨胀土的自由膨胀率控制指标40%,随时间呈对数衰减规律。5%水泥改性土削坡余料的渗透系数为10-5数量级,大于原生改性土,换填层渗透系数控制指标应根据换填层厚度和气候条件综合分析确定。削坡产生余料的体积量与坡长和坡率有关,占比大于20%。     

风化砂不同掺入率对膨胀土特性影响的研究

针对目前膨胀土改良措施中存在的问题,提出了一种新的改良方法——在膨胀土中掺入风化砂,对膨胀土实施物理改良。对风化砂不同掺入率的膨胀土进行颗分试验,液、塑限试验,活性指数试验,相对密度试验。试验表明:随着掺砂比例的增大,活性指数急剧下降,液性指数发生了降低;对风化砂不同掺入率改良膨胀土进行的自由膨胀率、有荷膨胀率、无荷膨胀率和膨胀力试验表明,随着掺砂比例的增加,膨胀土的膨胀性得到显著的抑制;最后对掺砂膨胀土进行了直剪试验、无侧限抗压强度试验、CBR试验和回弹模量试验,探讨不同掺砂率对强度指标的影响及其变化规律。试验研究结果表明,掺砂能较好地改良膨胀土的基本工程性质指标,有效抑制膨胀土的膨胀特性,改善膨胀土的力学强度性能,掺砂后膨胀土的各项指标均可达到路基填料的要求。     

非饱和膨胀土的弹塑性本构模型研究

Alonso(1999)提出的膨胀土模型存在着微观结构参数难以确定的缺点。本文在阐述膨胀土干湿循环试验后,对膨胀土的结构特征进行了分析,并研究了膨胀土的微观变形机理。认为膨胀土宏观上的胀缩塑性变形是由两部分塑性变形组成,一部分是微观结构层次中集聚体胀缩变形耦合后形成的微-宏观结构耦合变形,另一部分是宏观结构塑性变形。由此,本文改进了膨胀土模型,利用宏观结构层次的参数和微-宏观结构变形耦合参数t计算前部分变形,而后部分变形仍按低塑性非饱和土的弹塑性变形计算。最后通过计算实例表明:模型的结论与试验相近。     

106国道黄石段膨胀土结构特性研究

自由膨胀率是膨胀土判别和分类的一项重要指标,研究自由膨胀率特征与膨胀土结构特性关系有着重要意义。该文依托106国道黄石段边坡治理,开展了对该段路膨胀土自由膨胀率及其结构特性的一系列试验研究,分析了黄石段膨胀土的主要物理化学性质及微观特征。研究表明:106国道黄石段沿线膨胀土自由膨胀率与反映膨胀本质的指标蒙脱石的含量,以及液限、塑性指数等间接性判别指标具有较好的相关性;通过进一步微观分析总结出膨胀土的物理化学性质与水理性质主要受膨胀土的物质组成控制,而膨胀土的胀缩性、强度特性以及变形性质,则在很大程度上取决于膨胀土的结构特征。     

三峡库区膨胀土的发现和研究

在三峡库区地质调查中 ,遇到了一种工程性质不良、易于导致滑坡等地质灾害的粘土 ,通过对物质组成、水理和物化性质的测试 ,按粘土膨胀势判别的国家标准 ,它们为弱膨胀性粘土 ,而按国外流行的WilliamsandDonaldson( 1980 )粘土膨胀势判别法 ,它们介于mediumexpansion与highexpansion势粘土之间。通过采用XRD技术对粘土矿物定量测试 ,表明主要膨胀性粘土矿物为中等混层比的I/S混层矿物。综合野外调查和室内测试结果 ,研究了它们的成因、分布和成灾机理 ,提出了治理措施。三峡库区膨胀土的发现和研究对我国膨胀土形成发展规律的认识和对三峡库区移民迁建工程规划以及地基边坡处理有重要的理论和实际意义。     

离子土固化剂对膨胀土结合水影响机制研究

以河南安阳弱膨胀土为对象，通过“水汽等温吸附–热失重、差热分析”对膨胀土表面吸附结合水类型进行界定，比较分析离子土固化剂（ISS）改性前后，膨胀土结合水分布形态及数量变化，并基于傅里叶红外光谱，从水分子结构振动信息角度对膨胀土吸附结合水类型界定方法进行定性验证；结合ISS改性前后黏土矿物组分、表面理化性质的变化，解释分析了不同水汽湿度区间内，ISS对膨胀土水合行为的作用模型及改性机理。结果表明：达到一定的水汽“特征”湿度段，土表面水合状态和结合水性质将发生转变，根据热曲线的脱失温度区间可将结合水界定划分为三种类型：强结合水，“过渡”结合水和弱结合水。ISS作用后，土吸附强结合水量无明显改变，“过渡”结合水及弱结合水含量显著降低。ISS通过对膨胀性黏土矿物表面及层间的物化作用，弱化黏土矿物部分“水合活性中心”能量，从而抑制了膨胀土水化膨胀势。