ISS改性强膨胀土胀缩和强度特性试验研究

运用离子土壤固化剂(ISS)对南阳强膨胀土进行改良试验研究。依据不同配比改性土的液塑限和自由膨胀率试验结果,选定ISS溶液改良该膨胀土的最优配合比为1∶300,对膨胀土改性前后的脱湿和吸湿过程进行了试验研究。结果表明:在脱湿试验中,ISS能够较好地抑制膨胀土的垂直收缩,但不能抑制膨胀土的水平收缩;在吸湿试验中,吸湿膨胀稳定时,素土的膨胀增幅为1.72 mm,ISS改性土的膨胀增幅为1.36 mm,ISS能够较好地抑制膨胀土的膨胀性;在抗剪强度试验中,ISS能够增大膨胀土的黏聚力和内摩擦角,改变率分别达59.33%和4.96%,使其工程性质得到较好的改良。     

膨胀土湿胀干缩特性试验

为研究膨胀土湿胀干缩变形与含水率变化的一般规律,采用压缩仪和收缩仪对重塑膨胀土进行了无荷载条件下的分级浸水膨胀试验和收缩试验。结果表明:试样的初始干密度越大,初始含水率越小,土体的膨胀系数越大,最终膨胀率也越大;初始干密度越大,初始含水率越小,土体的收缩系数越小,最终线缩率和体缩率也越小;膨胀系数和收缩系数反映了膨胀土受含水率变化而产生变形的特性,可作为评判膨胀土胀缩性能的指标。     

邯郸击实膨胀土的胀缩特性研究

基于室内膨胀土测试试验,对邯郸膨胀土的击实土样的胀缩特性进行了研究。分析了膨胀力与初始含水量、初始干密度及膨胀率与压力、初始含水量及初始干密度的定量关系,并根据膨胀土胀缩变形的物理机制对各因素对膨胀土的影响机制进行了分析。     

膨胀土胀缩变形与渗透性规律试验研究

大气和地下水共同影响下,膨胀土路基或边坡工程在一定深度范围内将出现明显的干缩湿胀变形,其渗透性能也会出现显著变化,并进一步诱发膨胀土路基或边坡的失稳破坏。为系统研究竖向荷载和干湿循环作用下膨胀土胀缩变形与渗透性能变化规律,采用温控气压固结渗透仪分别进行不同荷载和干湿循环作用下的膨胀、收缩与渗透试验,研究膨胀土在不同荷载和干湿循环条件下的胀缩变形规律,确定膨胀土水渗透系数和气渗透系数变化规律。研究成果能够用于确定膨胀土容许胀缩变形量和容许竖向荷载,提出明确的膨胀土路基或边坡的最小防护深度和限制荷载,优化膨胀土路基和膨胀土边坡设计方案。     

膨胀土有关胀缩特性指标的理论关系

了解膨胀土的胀缩特性是正确解决膨胀土工程问题的基础.为此建立膨胀土有关胀缩特性指标间的一些理论关系(证明从略),可用来进行各有关指标的相互换算和对比,检验试验结果的准确性和可靠性以及研究各有关指标相互变化的规律性.     

干湿循环下膨胀土胀缩性能试验

采用压缩仪和收缩仪,对重塑膨胀土进行了无荷条件下的反复膨胀和收缩试验。试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,试样的最终膨胀率和最终收缩率逐渐减小;膨胀变形明显减小,而收缩变形减小的幅度不大;试样的最终高度均呈现减小趋势;收缩系数不断减小,最终趋于稳定;采用绝对膨胀率、相对膨胀率、绝对收缩率和相对收缩率等参数可以合理描述干湿循环作用下膨胀土的胀缩变形特征。     

微生物改良膨胀土的胀缩性及耐水性试验研究

为了探索微生物诱导碳酸钙沉淀技术对膨胀土的改良效果,开展了微生物改良膨胀土的胀缩试验、崩解试验和冲刷试验,分析了微生物固化对膨胀土的自由膨胀率、无荷载膨胀率、有荷载膨胀率、收缩率、收缩系数、缩限和耐水性的影响。研究结果表明,随着微生物诱导生成的碳酸钙含量的增加,膨胀土的膨胀率、收缩率、崩解量、冲刷量均有明显降低;总体上,养护前7 d各项指标降低迅速,养护15 d之后变化较小。     

北疆供水一期工程膨胀土不同循环模式条件下的胀缩特性

为深入探讨北疆供水一期工程膨胀土渠坡胀缩机理,通过对膨胀土进行了3种不同循环模式条件下的无荷膨胀率、有荷膨胀率和收缩试验,从宏观角度分析了其胀缩特性规律,并采用扫描电镜试验从微观上揭示其物理机制。结果表明：膨胀土的膨胀变形随时间的延长可分为快速、匀速及稳定3个阶段,膨胀变化主要集中在快速膨胀阶段,上覆荷载越大,有荷膨胀率越小,上覆压力抑制了膨胀土的吸水膨胀作用;随着循环次数的增加,无荷膨胀率、有荷膨胀率和线缩率均呈逐渐减小的趋势,第5次循环后逐渐趋向于稳定值,其中干湿-冻融循环减小幅度最大,干湿循环次之,冻融循环最小。微观机制方面,试样经过循环后,土体孔隙和颗粒总数呈逐渐增大趋势,颗粒总面积等微观指标逐渐减小;土颗粒大小及含量是影响胀缩性的主要因素,循环作用影响黏土颗粒的大小、含量及排列等因素的变化,其中干湿-冻融循环颗粒总面积变化程度最大,膨胀土试样胀缩变化程度最大,冻融循环对微观结构影响最小,膨胀土试样胀缩变化程度最小。     

膨胀岩击实样胀缩特性试验研究

选取泥灰岩和黏土岩 2 种代表性的膨胀岩,通过大尺寸的胀缩特性试验,研究了膨胀岩击实样的胀缩特性,及其与起始含水率、压实度的关系。成果表明：随起始含水率增大,膨胀岩的无荷膨胀率呈较好的线性递减关系;压实度越大,无荷膨胀率越大,且随起始含水率的减小,压实度对膨胀率的影响呈增强的趋势;在相同压实度下,起始含水率低于塑限值时,起始含水率变化对线缩率的影响很小,随起始含水率增大,线缩率开始呈较平缓的线性增大;当起始含水率达到塑限值附近后,起始含水率变化对线缩率的影响开始显著增强;在相同起始含水率下,起始含水率低于塑限值时,压实度对线缩率的影响很小,随压实度增大,线缩率呈较好的线性递减;当起始含水率达到塑限值附近后,压实度对线缩率的影响略微增强。膨胀岩的收缩系数和体缩率与线缩率的规律基本一致。     

水泥改性膨胀土干密度与自由膨胀率试验研究

掺加一定比例的水泥对膨胀土进行改性是目前处理膨胀土的主要方法之一,通过在南水北调中线一期工程总干渠膨胀土试验段工程（南阳段）施工现场进行室内不同水泥掺量比的系列试验,研究不同水泥掺量、击实试验前后掺加水泥的膨胀土放置时间对水泥改性土干密度、自由膨胀率的影响,用以更好的指导工程施工。试验表明,随着水泥掺量的增大,水泥改性土的最大干密度逐渐减小;随着水泥改性土放置时间的增长,自由膨胀率逐渐变小并最终趋于稳定,水泥对膨胀土膨胀性的改良是一个渐进的、长时间的过程。     

基于MICP技术改良的膨胀土膨胀特性试验研究

为了探究微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术改良膨胀土膨胀特性的效果和作用机理,利用产脲酶菌CGMCC 1.368 7,开展了MICP拌和法处理膨胀土的膨胀特性试验。通过正交试验研究了反应液配比和Ca²⁺浓度对MICP拌和法处理膨胀土自由膨胀率、无荷膨胀率、CaCO₃百分生成量的影响及其变化规律,揭示了MICP改良膨胀土的微观机理。结果表明:经MICP拌和法处理后,膨胀土的膨胀特性得到显著改善;当反应液配比为1∶1、Ca²⁺浓度为2.0 mol/L时,膨胀土自由膨胀率最大降低了44.4%;当反应液配比为1∶3、Ca²⁺浓度为2.0 mol/L时,体膨胀率减小了92.2%,膨胀含水率降低了24.9%。MICP技术通过胶结土颗粒、充填土体孔隙和离子置换作用,降低膨胀土颗粒的亲水性,减小土颗粒间的排斥作用,减弱膨胀土的膨胀势。研究成果验证了基于MICP技术拌和法改良膨胀土膨胀特性的可行性。     

加筋纤维膨胀土的试验研究

为了研究加筋纤维对膨胀土胀缩性及力学性能的影响,进行了大量的室内试验,研究了纤维的含量对膨胀土的胀缩性、压缩性、应力应变曲线及抗剪性的关系。研究表明：膨胀土的收缩性随纤维含量的增加而显著降低;纤维膨胀土的应力应变曲线随纤维含量的增加,破坏时的极限应变增大,破坏后的应力降大大减小;纤维膨胀土随纤维含量的增加,其内聚力增加而内摩擦角减小,当纤维含量增加到一定程度时,内摩擦角增大,而内聚力减小。     

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。     

秸秆灰渣改良膨胀土三维膨胀特性试验研究

利用秸秆灰渣作为添加剂,进行室内改良膨胀土试验,研究改良后膨胀土的三维自由体变化特性及无侧限抗压强度特征。秸秆灰渣以(干质量之比)0%,10%,15%,20%的比例与素膨胀土混合进行击实试验,在最大干密度及最佳含水率条件下进行三维自由体膨胀、膨胀力和无侧限抗压强度3个试验,在液限状态下进行三维自由体收缩试验。根据三维自由体应变及膨胀压力特征,拟合出秸秆灰渣最佳含量的线性方程,得出灰渣的最佳含量为17%。试验结果表明:膨胀土的体应变、塑性指标和膨胀压力随着秸秆灰渣含量的增加而逐渐降低,无侧限抗压强度随着秸秆灰渣的增加逐渐提高;对未养护的试样,秸秆灰渣对无侧限抗压强度影响不明显,而试样养护7 d后的强度提高较为明显。     

膨胀土及袋装膨胀土干湿循环试验研究

对南阳膨胀土分别进行了有荷载与无荷载两种情况下不同循环次数的变形与强度特性试验,同时进行了将膨胀土装入编织袋而形成的土工袋的平行试验.结果表明:膨胀土在干湿循环过程中的胀缩变形过程不完全可逆,其绝对胀缩率峰值随干湿循环次数的增加而逐渐减小;膨胀土的抗剪强度指标c值随循环次数的增加逐渐减小,ψ值变化不大;土工袋有抑制膨胀土胀缩变形的作用,其抗压强度值随循环次数的增加而逐渐减小.     

膨胀土水泥改性试验研究

膨胀土是一种特殊的黏性土,具有遇水膨胀、崩解、软化,失水收缩、干裂、硬化等工程特性,膨胀土掺入水泥后其工程特性会发生改良。选取南水北调中线工程南阳段中膨胀土,进行水泥改性研究。通过改性后的自由膨胀率试验,确定水泥的最佳掺量;通过胀缩特性试验,研究水泥改性对降低膨胀潜势的改良效果;并通过无侧限抗压强度、压缩等力学性质试验,研究水泥改性对抑制膨胀土强度软化、模量减小的效果。为膨胀土现场水泥改性的设计施工提供科学的、有价值的依据。     

压实膨胀土抗拉强度试验研究

膨胀土干湿循环过程中土体内部干缩裂缝的产生与其抗拉强度有关,且其在抵抗干缩裂缝发育时产生重要作用,所以在研究膨胀土胀缩机理时,必须考虑抗拉强度的影响。对南京高淳膨胀土压实圆柱样采用轴向压裂法进行抗拉强度试验,研究不同压实度、不同初始含水率、不同制样方法、饱和度以及吸力对压实圆柱样抗拉强度的影响。结果表明压实膨胀土的抗拉强度随着压实度的增大而增大,随着含水率的增大而减小;失水和吸水对压实膨胀土抗拉强度有削弱作用且吸水的削弱作用更加明显;试样从非饱和状态转变为饱和状态时抗拉强度减小极为明显,减小比率高达80%。     

仿岩溶碳酸氢钙改良膨胀土试验研究

膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩等不良工程性质,常采用石灰、水泥等土壤固化材料对其进行改良,但这些传统的土壤固化材料存在着污染环境、拌合不均匀等问题。以陕西省汉中市强膨胀土为研究对象,对仿岩溶碳酸氢钙改良膨胀土进行了自由膨胀率、无荷膨胀率、收缩、直接剪切、酸碱度和碳酸钙含量测定、粒度分析和扫描电镜试验等物理、力学、化学和微观结构试验。试验结果表明,仿岩溶碳酸氢钙可较好地降低膨胀土的胀缩性,并提高土体的抗剪强度,且仿岩溶碳酸氢钙与膨胀土的最优配比为6∶1;改良土中吸附的交换性Ca²⁺含量降低,碳酸钙含量增多,细粒含量降低,粗粒含量增多,内部孔隙减少;仿岩溶碳酸氢钙改良膨胀土的机理在于溶液中含有H⁺、Ca²⁺、HCO₃^-、CO₃^2-等离子,同时溶解有饱和的二氧化碳气体,通过离子交换作用,溶液中的H⁺置换了土颗粒吸附的Ca²⁺,减小了双电层厚度;通过岩溶作用,新形成的碳酸钙具有沉积胶结和填充作用,颗粒间联结强度和团粒化作用得到增强,从而降低了土体胀缩性。由此可见,仿岩溶碳酸氢钙对膨胀土具有良好的改良作用。     

南水北调中线工程膨胀土渠段改性土施工中存在的困难及对策研究

膨胀土水泥改性后换填是“十一五”期间提出的针对膨胀变形引起的渠坡破坏模式的处理方案之一。由于改性土施工技术难度大,施工工艺较复杂,国内施工队伍缺少现场改性土施工的实践经验,且在大规模膨胀土输水渠道中应用尚属首次,因此,该技术在实际施工中存在一定的困难和问题,为此,国家“十二五”科技支撑项目设置“膨胀土水泥改性处理施工技术”研究课题对其开展专门研究。以南水北调中线工程鲁山—郑州段膨胀土渠段的现场科研和施工工作为基础,分析膨胀土渠段改性土填筑施工中存在的料源、施工工艺、检测方法及检测标准等普遍存在的问题,通过开展现场试验和室内研究,提出了相应的解决方案和建议,研究成果可直接应用于南水北调中线总干渠膨胀土渠段的大规模施工。