水化学环境对湛江组黏土结构强度的影响研究

为研究水化学环境对湛江组黏土结构强度的影响,收集湛江地区地下水水文地质资料,并通过钻孔取水进行化学分析,分析该区地下水的化学环境与影响因素;利用离心过滤法提取土中水溶液,调查土中溶液的化学成分与特性;在此基础上,采用选择溶解法去除土中胶结物质,利用扫描电子显微镜与能谱分析,对比分析去除胶结物质前后的微观结构变化。研究表明:湛江地区的地下水与湛江组黏土中水溶液的化学构成与比例含量基本一致,水化学类型为Cl-Na型,表现出偏酸性与富含铁离子的特征,水中大量的铁为土颗粒的联结提供了胶结物质,酸性环境促使游离氧化铁产生胶结效果进而提高土的结构强度。最后,提出了考虑地下水环境影响的湛江组黏土结构强度的形成机理,研究表明湛江组黏土较强的结构性源于开放式的絮凝结构加上颗粒间的强胶结作用。     

桂林红黏土微结构特征分析

指出从土质学角度来分析土的工程性质一般要从土的矿物组成和土的结构两个方面进行分析,着重从土的结构方面对桂林红黏土微观结构特征进行了分析,以阐述桂林红黏土具有与一般黏性土不同物理力学性质的原因.     

海相黏土孔压静力触探试验指标与离子化学特性的关系

通过孔压静力触探试验(CPTU),获得连云港海相黏土的不排水抗剪强度、超固结比和静止侧压力系数,并对土样进行离子化学分析。原位测试指标与各离子含量的相关性分析表明,显著影响原位测试指标的是Fe3+含量。Fe3+在连云港海相黏土中以胶体方式存在,影响土颗粒之间的胶结联结,较多Fe(OH)3胶体形成的粒间联结能造成土体的轻微超固结性,影响土的弹性特征。     

聚丙烯酰胺对淤泥质黏土孔隙影响的试验研究

以浙江台州淤泥质黏土为研究对象,在掺入水泥、生石灰、粉煤灰的基础上添加聚丙烯酰胺,对重塑黏土、不加聚丙烯酰胺、加聚丙烯酰胺重塑黏土试样进行扫描电镜观测,研究聚丙烯酰胺结合无机材料对淤泥质黏土孔隙结构的影响。最后利用计算机图像处理技术,研究了固化剂对淤泥质黏土孔隙结构的改变。研究结果表明,经固化剂加固后的黏土颗粒间胶结联结加强,结构稳定性提高。最后采用MATLAB对图像中孔隙总面积,总周长等参数进行定量分析。分析发现:淤泥质黏土的天然孔隙比、不加聚丙烯酰胺重塑土的孔隙比、加聚丙烯酰胺重塑土的孔隙比依次递减,从而得出聚丙烯酰胺与无机材料结合比单加无机材料作为固化剂对淤泥的加固效果有一定程度的提高。     

大气氧化致诱黏性土土性异变现象及其机理

关注了常温、常压、常态的大气环境下黏性土土性发生缓慢异变现象。以湛江黏土为研究对象,在大气氧化影响下,土色由青灰色、绿灰色变为淡黄棕、黄棕色;颗粒团聚程度增强,塑性、膨胀性、收缩性、灵敏性、结构屈服强度皆有所降低。大气氧化对土性改造使其力学性质有所强化,但因结构强度的减损对其力学稳定性的影响是长期的,且潜在危害较大。通过建立结构概化模型讨论了大气氧化致诱黏性土土性异变机理,大气环境诱发氧化还原环境变化,水-土-大气间的化学反应与运动影响颗粒间作用力改变,导致结构单元体联结形式更改进而重塑微观结构形态,控制土体的稳定性状态。氧化反应促使土中铁离子的化合价升高,在浓度梯度与土颗粒表面吸附能的作用下发生迁移并伴随着胶体态氧化铁的老化反应向晶质态发展,由#x0201c;混铁#x0201d;变为#x0201c;包铁#x0201d;为主的存在形式,微观结构变为低塑性的、物理接触的、弱结构强度的散凝结构。该研究可为因环境变化引起的地质灾害、工程灾害的预防、控制和治理提供了一定的理论支持。     

基于分子动力学模拟技术的黏土矿物微观行为研究应用

黏土矿物是一类具有层状结构的硅酸盐矿物。土水相互作用对土体许多宏观力学响应、物质运移和传导起重要影响。现有的实验技术和手段即很难在物理上微观探测黏土从绝对干燥至含微量水分子的吸附过程,也很难实现黏土对放射性核素吸附过程的跟踪。使用分子动力学模拟对黏土矿物的水化性质及对放射性污染物吸附性能进行研究。以蛭石、高岭土及蒙脱土三种黏土矿物为研究对象,通过晶层间距、自扩散系数、径向分布函数、吸附复合物结构等模拟测试结果对蛭石的水化性能和黏土对放射性核素的吸附行为阐述。最后,对分子动力学模拟技术在岩土工程的应用发展进行了展望。     

红黏土在原状及重塑状态下的力学性质试验研究

土的结构性是土中颗粒或颗粒集合体及孔隙之间的大小、形状、排列组合及联结等综合特征。不同围压下固结不排水三轴压缩试验表明,贵阳原状和重塑红黏土应力应变曲线、有效应力路径、抗剪强度指标、破坏形态等宏观力学行为明显不同。考虑红黏土结构性,通过SEM电镜扫描测试,指出红黏土矿物颗粒单元间接触和联结状态,对比分析原状和重塑土样在颗粒形态、孔隙结构与分布等微观差异,研究结构性红黏土宏观强度与变形特性的细微观机理。研究成果对于正确认识红黏土的结构性具有重要作用,可为结构性红黏土工程设计与施工提供理论依据和技术指导。     

不同气候环境下黄土胶结性状的试验研究

黄土作为一种常见的非饱和土天然地基,由于其特殊的胶结结构,往往较常规粉土或粉质粘土的粘聚强度高。为了研究黄土胶结物赋存状态和组成类型及气候环境对其的影响,本文选取我国甘肃、陕西两省5处黄土作为研究对象,采用全分散法和半分散法对每种试样进行溶解处理,对处理后的土悬液进行粒集形态和粒径分析。试验结果表明:经半分散法处理后的土悬液上层水体清澈,灰色碎屑颗粒沉淀在容器底层,分层明显;经全分散法处理后的土悬液由于试验过程中破坏了土颗粒中的内、外胶结单元,呈现出明显的溶胶状态,分层不明显;在全分散法处理后的土悬液中提纯出粒径小于0.005 mm的黏粒,分别对其进行矿物组成、碳酸钙、易溶盐、离子交换量等进行测试。分析表明:处于干燥干旱地区的ZY、DX、GG黄土,胶结物以黏土矿物和微晶碳酸钙组成为主,处于湿润多雨的QZ、WG黄土,胶结物以黏土矿物为主,并且五处黄土的胶结能力自西向东依次增强。     

深部黏土渗透特性试验研究

龙固矿区深部黏土层由于深埋藏、高应力和固结时间长,所以其结构和物理力学性质与浅层黏土有所差异。为研究深部黏土的渗透特性,利用改装后的 SJ-1A.G 三轴剪力仪对龙固矿区第三系黏土进行室内渗透试验。首先研究了渗透系数与轴向应力的关系曲线,通过回归分析法拟合出渗透系数关于轴向应力的函数,总结了深部黏土和浅层黏土在回归系数上的差别;然后进一步研究了深部黏土渗透的各向异性和内在原因;最后得出渗透系数与轴向应变的关系曲线,深部黏土与浅层黏土的区别在于深部黏土没有小斜率延伸段。原因在于高应力下,浅层黏土明显屈服,发生塑性流变;深部黏土屈服不明显,而是发育微裂隙。该研究对深厚覆盖层矿井和深基坑防治水的设计有指导意义。     

黄淮地区深部黏土工程性质试验研究

总结了黄淮地区深部黏土的物理力学性质,包括密度、含水量、颗粒大小、矿物成分、膨胀性、压缩性、抗剪强度等。研究表明,黄淮地区深部黏土主要为高液限饱和膨胀土,其物理力学性质指标随埋深或液性指数变化一般表现出总体上增大或减小,而局部呈无规则振荡变化的规律。对深部黏土重塑土的常规三轴试验表明,其内摩擦角较一般浅层黏土低,而且在高围压下强度包线出现向下的转折。     

南水北调中线膨胀土/岩微观特征及其性质研究

对南水北调中线工程典型的强、中膨胀土/岩开展室内土工试验与X射线衍射试验,研究了其矿物成分及与胀缩性指标的关系,利用扫描电镜SEM图像进行了微观结构的定性分析,并基于MATLAB软件对孔隙和微结构单元体的微观特征进行了定量化研究,探讨了不同类型膨胀土/岩的颗粒形态、结构类型、裂隙分布等微观特征及其与工程特性的关系。结果表明：膨胀土/岩中的蒙脱石等黏土矿物含量高,强膨胀土/岩以絮凝结构,扁平状聚集体与卷曲片状颗粒为主,中膨胀土/岩以紊流状、粒状堆叠结构为主,片状聚集体与单粒体并存,前者微裂隙发育且定向性明显,孔隙比大,孔隙分形维数与颗粒尺寸小于后者。膨胀土/岩微结构单元圆形度低,复杂度高。膨胀岩定向排列特征显著,颗粒分形维数小,颗粒分形维数与膨胀潜势和孔隙比的变化规律一致。微观组分和结构特征与物性指标分别呈线性关系与负指数幂关系。     

粘土矿物与斜坡失稳

作为微米级材料，粘土矿物的单晶尺寸及特殊晶体结构使其集合体-粘土呈现低渗透性、分散-凝絮性及粘滞性等重要工程特性。除沉积岩斜坡含粘土矿物外，76％以上的斜坡岩石造岩矿物还可形成次生粘土矿物。粘土矿物广泛分布于原生沉积岩、三大岩类风化带及第四系松散堆积物构成的斜坡中。泥屑岩因含粘土矿物而易于失稳，且水稳定性差。次生粘土矿物的形成将引起源矿物、矿物集合体及岩块的强度与变形特性的显著变化，诱发岩石向松散介质转化。宏观结构面是粘土矿物最主要的形成和聚集场所，结构面及其内侧一定范围内不同成因粘土矿物的淀积将导致结构面及岩体强度的衰减。粘土矿物是滑坡滑带的常见矿物组分；粘土滑带可以在滑体与滑床之间起到润滑作用。滑带中粘土矿物的含量越多，其润滑效应越显著。粘土型滑带还具有隔水边界之功效，可将滑体与周围介质隔离，使之成为独立水文地质单元，提高坡体拦截、吸收渗入水的能力及斜坡稳定对降雨过程的敏感度。粘土矿物可以促进斜坡时效变形，甚至成为斜坡破坏的关键因素，对斜坡演化及失稳的贡献是显著的。     

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。     

黏土触变过程中强度恢复的微观机理

触变性是复杂的流变特性之一,它是指外力扰动导致土体强度衰减,静止后随时间增长逐渐强度恢复的现象。为了探寻黏土触变过程中强度恢复机理,开展了在长达500 d的龄期内,观测湛江黏土扰动后不同静置龄期下的无侧限抗压强度与贯入阻力,分析触变强度的恢复时间与过程,利用触变强度比率评价湛江粘土的触变性。利用扫描电镜与压汞试验,分析不同静置龄期下的结构演变规律。结果表明,湛江粘土具有明显的触变性,扰动后静置500 d后土体持有强度是其扰动后的2.58倍,但触变恢复强度仅占扰动损失强度的21.2%~23.5%。对于高灵敏性、强结构性的地基土,因施工扰动带来的强度损失引发的工程灾害不容忽视。黏土触变过程中的强度恢复主要是颗粒间引力与斥力的相互作用的力场变化使结构有分散趋向絮凝发展所导致,这一过程中结构产生自适应调整,孔隙分布均匀化发展,微观结构向亚稳定结构转变,在一定时期内表现出触变现象。     

Ca(OH)2对低掺量水泥土的强度影响

用低掺量水泥加固3种不同的土进行室内试验研究,测试了不同Ca(OH)2掺量及不同龄期下3种水泥土的无侧限抗压强度。分析了随Ca(OH)2掺量的增加,不同龄期的3种水泥土无侧限抗压强度变化规律及原因。试验结果表明：水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显,粉质粘土次之,砂土最弱。分析原因是由于土体的细度对水泥土强度影响较大。土体越细,土体中粘土矿物越多, Ca(OH)2掺量的增加促进了更多的离子交换作用和火山灰作用的发生,从而提高了水泥土强度。试验所用的3种土中红粘土最细,所以水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显。     

钻探工程用粘土矿物材料应用综述

钻探工程是粘土矿物材料的重要应用领域,涉及的粘土矿物品种有蒙脱石、坡缕石、海泡石、高岭石、累托石、水云母、绿泥石等,其中以蒙脱石为主要成分的膨润土用量最大。钻探工程用粘土矿物材料分为水性造浆材料、油性造浆材料、防水堵漏材料、配浆评价土等,其中水性造浆材料占总用量的90%,油性造浆材料在深井、复杂地层钻探工程中应用前景广阔,防水堵漏材料和配浆评价土是粘土矿物材料中的高端产品,防水堵漏材料的复配技术对钻探工程实施有更好的实际价值。     

黏土矿物及粉粒对昔格达组粉质黏土可塑性的影响

结合西昌钒钛钢铁新基地所揭露的昔格达组粉质黏土的矿物组成及颗粒级配,通过验证性试验及前人研究成果,对黏土矿物及土体的颗粒级配对昔格达组粉质黏土塑性指数的影响进行分析。结果表明:黏土矿物及高粉粒含量是影响昔格达组粉质黏土可塑性的主要因素,高粉粒含量对昔格达组粉质黏土可塑性的影响比粉质黏土中黏土矿物种类及含量对其可塑性的影响大。但粉粒含量对黏性土体的塑性指数的贡献值具有一定范围,一般介于6～10。     

宁明膨胀土研究的新进展

广西宁明是著名的膨胀土分布区,20世纪70年代,宁明膨胀土曾造成该区大批工业民用建筑物的严重破坏,对此不少专家、学者曾进行深入的现场调查、变形监测和系统的试验研究。进入新世纪以来随着高速公路建设的迅猛发展,不少公路穿越膨胀土地区,南(宁)友(谊关)高速公路便是其中之一。由于膨胀土对公路的严重危害性以及高速公路对质量的高要求,结合南友路修建,再研究宁明膨胀土工程地质特性及对公路施工和运营的影响有着重要的理论意义和工程价值。另一方面,随着近20年来粘土矿物定量测试技术的进展和膨胀土基础理论研究的深入,再研究在对宁明膨胀土粘土矿物的组成、膨胀土的工程性质与成因关系、膨胀土的干燥活化效应以及改性膨胀土的效果等方面均获得新的进展。