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。     

土骨架的新概念与黄土的微结构

本文细化了土骨架的新概念,并对黄土的微结构进行分析。总土骨架的一部分称为子土骨架,外包颗粒、外包颗粒的皮、集粒、凝块、点接触连接、面胶结连接都是子土骨架。黄土的粘粒之间分子键联接最弱,水稳性最差。点接触、面胶结连接归根结底也是土骨架的接触与联接,传递有效应力和提供大气张力库伦抗剪强度。当水侵入时,膜的真黏聚力及膜对颗粒的捆绑能力丧失,并且土的内摩擦角大大减小;水气不抵大气压强,自重应力变为自由水浮力,其他重力的有利作用丧失;土骨架失去接触而溃散,土骨架颗粒填充到架空孔隙中,并重新挤紧,表现为黄土的湿陷。一般来说,点接触结构的湿陷起始压力要比面胶结小很多,对应的是自重湿陷性黄土,面胶结结构对应的是非自重湿陷性黄土。本文提出外包粘粒皮颗粒群骨架的新概念。先由粘粒靠公共结合水膜和收缩膜联接形成大大小小的包皮,包皮之间点接触或面胶结联接在一起组成群;包皮内装有碎屑颗粒或集粒,两者之间有联接,地震时作群体振动。架空孔隙是黄土抗震的主要薄弱环节;骨架的连接方式和质点刚柔是黄土抗震的主要因素;点接触连接比面胶结容易破坏得多;质点的振动程度按砂粒、粉粒、集粒、凝块由高到低变化;一般来说,总的震陷程度按砂黄土、粉黄土、黏黄土由高到低变化。     

酸性溶液浸泡下原状黄土物理力学特性试验研究

黄土中存在大量碳酸钙胶结物,该胶结物对黄土力学性状的影响很大。采用浓度为0.1,1和2 mol/L的盐酸溶液,开展了原状黄土试样的浸泡试验,测定了不同时间浸泡溶液中钙离子的浓度,开展了经不同时间浸泡土样的颗粒分析试验、固结试验及剪切试验,分析了酸性溶液浸泡下原状黄土力学特性及其变化规律。试验表明：黄土中胶结物主要是以粒径小于0.01 mm的颗粒存在,在酸性溶液浸泡作用下,土中钙质胶结物逐渐被溶蚀,试样中细小颗粒逐渐减少,尤其是颗粒直径小于0.005 mm的含量明显减少,浸泡液酸性越强,土体中钙质胶结物溶蚀的速度越快并且溶蚀得越充分。胶结物在土体中的作用主要是连接骨架颗粒,因此,胶结物对土体的黏聚力影响较大,而土体内摩擦角受胶结物溶蚀的影响不明显。经盐酸溶液浸泡后,试样的黏聚力随浸泡时间延长持续降低,浸泡60 d后,土体的黏聚力逐步趋于稳定。经0.1,1,2 mol/L盐酸溶液浸泡120 d后,试样的黏聚力分别降低约47%,63%,87%,且呈现出浸泡液酸性越强,黏聚力减少越多的情形。胶结物的溶蚀引起土体孔隙增加,压缩系数增大。随着胶结物的减少,土体的快剪应力-应变关系逐渐由应变硬化型向应变软化型转变。     

海洋土颗粒分析试验分散剂使用研究

在近海工程勘察中,由于海洋环境的特殊性和海洋土成因的复杂性,利用陆上土实践经验形成的密度计法进行颗粒分析试验时出现了测得的黏粒含量偏低,导致土的工程分类与野外定名相差较大的情况。本文通过对过筛(0.075mm)土悬液加入不同用量的浓度为4%的六偏磷酸钠后进行甲种密度计读数,将测得的黏粒、粉粒含量进行横向对比,以确定最佳分散剂用量,保证土悬液分散性的稳定,从而测得真实的黏粒含量。此外,还从海洋土的含盐度、矿物组成以及市场上销售的分散剂质量分析了出现上述问题的原因,并给出了海洋土颗粒分析试验中分散剂的使用建议。     

微生物改良饱和粉土的探讨

土是微生物的良好载体, 将微生物工程技术引入岩土工程中,利用某些微生物新陈代谢或酶化作用快速析出的矿物晶体,粘合土粒,封堵土颗粒之间的孔隙,改善粉土颗粒间的胶结能力,增强饱和粉土的静、动力学性能和抗液化能力,提高地基承载力.该种地基处理方法保护环境,同时促进社会、经济、环境协调发展,是一种新型"经济生态"的改良方法.     

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。     

颗粒级配对残积土MICP灌浆效果的影响评价

微生物诱导碳酸钙沉淀加固砂性土的试验研究较为丰富,但在固化崩解性软岩残积土的可行性及效果评价方面目前仍未涉及。考虑到崩解性软岩残积土与砂性土颗粒的诸多不同以及自身颗粒级配产生的差异,选用4种不同粒径范围的松散泥质软岩残积土颗粒进行微生物灌浆试验研究,并通过渗透性能、无侧限抗压强度(UCS)试验、碳酸钙生成量及孔隙率测试,分析颗粒级配对残积土MICP灌浆效果的影响;再借助于扫描电镜(SEM),观测全级配残积土颗粒表面的MICP反应效果。结果表明:不同粒径级配的崩解性软岩残积土在经过微生物灌浆处理后,其胶结效果差异明显。全级配崩解性软岩残积土灌浆过程中更易沉积具有胶结作用的碳酸钙晶体,其胶结试样力学性能较间断级配提升显著,且其孔隙率降幅和单位质量碳酸钙生成量也较大,胶结效果更佳。研究成果可为软岩弃渣填方路堤的微生物加固工程提供借鉴。     

用于离散元分析的胶结材料三维微观接触模型

岩石、结构性土、含水合物深海沉积土(能源土)等岩土材料均可视为由颗粒骨架和粒间胶结物共同构成的胶结型材料。简单实用的微观粒间接触模型是采用离散元数值方法分析胶结体系宏微观力学特性的基础。针对有一定厚度的粒间胶结形式,将胶结物简化为存在于颗粒之间有一定厚度的短圆柱。通过对胶结物内部应力分布进行适当简化推导了三维粒间接触模型,包括法向、切向、弯曲和扭转四个方向的相互作用规律。最终所得模型结合了理论推导和既有室内胶结接触力学试验成果,考虑粒间胶结物的法向压碎过程,能描述切向、弯曲和扭转单独作用的破坏过程以及剪弯扭共同作用下的破坏准则。模型形式简单,易于引入离散元程序。     

矿物成分对软土强度性质的影响分析

通过X射线衍射分析法定量分析珠江三角洲软土的矿物组成,并采用乙二醇乙醚吸附法(EGME法)测试人工土样与天然土样的总比表面积,研究黏土矿物与非黏土矿物对土体强度特性变化的影响。经分析后发现:黏土矿物(如蒙脱石)通常为片状颗粒,具有很大的比表面积,故吸附的结合水膜较厚,颗粒间的直接接触点较少,颗粒间由结合水膜连接的胶结作用明显,粒间由于易于错动而形成润滑摩擦,表现为抗剪强度与内摩擦角低,黏聚力高;非黏土矿物颗粒(如石英)通常为粒状或针状,比表面积小,吸附水膜较薄,黏聚力较低,粒间大多为直接接触使得摩擦角增加,从而其强度得以增加。     

非饱和结构性黄土侧限压缩和湿陷试验三维离散元分析

为了研究非饱和结构性黄土在侧限状态下受竖向荷载和增湿作用的宏微观力学性质,对非饱和重塑和结构性黄土侧限压缩和湿陷试验开展了三维离散元模拟分析。首先通过引入颗粒吸引力考虑黄土颗粒间范德华力和毛细力作用,引入胶结考虑结构性黄土颗粒间化学胶结作用,建立结构性黄土三维接触模型;然后采用分层欠压法并考虑颗粒间范德华力制成松散均匀的黄土离散元试样,在试样中施加毛细力模拟黄土的非饱和性,施加胶结模拟黄土的结构性;最后选择合适的接触模型参数,对试样施加分级竖向荷载并在多级荷载下进行了增湿试验分析。结果表明:离散元模拟能够再现黄土室内侧限压缩和湿陷试验的主要力学性质,如重塑黄土的屈服应力和结构性土的结构屈服应力随含水率的减小而增加,重塑黄土和结构性黄土单线法增湿变形结果基本与双线法结果相同。胶结破坏分析表明,结构性黄土离散元试样的胶结破坏存在阈值平均应力;增湿后达到的胶结破坏数与相同竖向压力下的饱和土胶结破坏数相差不大(单双线法相同);湿陷体应变与胶结破坏数量密切相关。     

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。     

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。     

固化土结构的形成模型

通过理论分析和试验验证,提出了一个固化土结构的形成模型。该模型认为:粉土固化土结构是由固化剂水化物充分包裹胶结土颗粒和填充土颗粒间孔隙而构成;黏性土固化土结构是通过固化剂水化物包裹胶结土团粒、填充土团粒间孔隙、挤压填充土团粒内孔隙而构成。该模型可以较好地反映固化剂掺量和种类与固化土强度增长规律间的关系。该模型指出,对于不同土质类型,固化剂可能产生的水化物种类,对固化剂优化设计具有指导作用。     

水泥含量对固化土结构形成的影响研究

以粉砂土为研究对象,对水泥土抗压强度与水泥含量关系进行了试验研究,推导了水泥土结构形成过程中水泥浆包裹土颗粒和填充孔隙所分别对应水泥量的理论计算公式。在此基础上,对水泥含量不同时,水泥在固化土结构形成过程中所起不同作用及其与水泥土抗压强度增长规律相互关系进行了分析,提出固化土结构形成由固化剂胶结土颗粒与填充孔隙两部分构成。     

反气相色谱在水泥颗粒表面性质研究中的应用

详述了反气相色谱用于水泥颗粒表面性质测试的热力学理论和仪器原理,并以此测试了水泥颗粒的表面性质.结果表明:极性和非极性探针分子均与水泥颗粒表面发生相互作用,随着分子表面覆盖率的增加,水泥颗粒的色散表面能、极性表面能和总表面能均显著降低,但降低幅度趋于缓和;极性探针分子吸附于水泥颗粒表面的驱动力本质上是酸碱作用力,水泥颗粒表面总体表现为碱性;水泥颗粒总表面能的分布近似于抛物线或正态分布,呈非均质特性.     

青藏高原东缘水库绕坝基渗流化学溶蚀研究

研究了青藏高原东缘某大坝基础遭受渗流场与化学场破坏的过程。通过氯离子示踪、温度电导示踪以及人工示踪方法,确定混凝土防渗墙中存在缺陷,库水通过非全封闭式防渗墙绕坝基渗漏,渗水通过坝后区的反滤层排泄;酸溶解试验和X射线荧光分析证明,坝后区地表的白色颗粒物主要是CaCO_3;结合化学反应过程,确认析出物来自于防渗墙中的水泥,渗漏水中的CO_2与水泥中的Ca(OH)_2发生反应生成可溶性Ca(HCO_3)_2,然后被渗漏水带到地表,并在常温下分解形成CaCO_3。通过地表水中CO_2含量的测试分析发现,参与水岩反应的CO_2具有除大气降水之外的其他来源。结合地质构造推断来自深部碳库中的CO_2通过断裂带进入到了地下水与库水中,并参与了水岩反应,对大坝的侵蚀速度大幅度增加。研究表明深部CO_2进入地下水并参与渗流过程,对大坝及水工建筑物的化学侵蚀作用将大幅度增强。     

水泥改性黄土的抗液化特性与机制

以改性处理减轻饱和黄土的液化势为目标,通过对不同配比的水泥改性黄土进行SEM细观结构测试和动三轴液化试验,研究了水泥改性黄土的液化特征,得出了不同配比水泥改性黄土的动残余应变和动孔隙水压力发展趋势,分析了水泥固化饱和黄土的物化机制,并基于试验结果,提出了水泥改性黄土的最佳配比。结果表明:水泥改性处理在黄土中形成了凝块状胶接结构,优化了土中孔隙分布,增大了土体的结构强度;水泥对土体的密实效应、掺加水泥导致的细粒增加和离子交换对黄土结构的胶结效应和黏粒增加对土中游离水的吸附作用共同提高了水泥改性黄土地基的抗液化稳定性;水泥掺量大于3%后,水泥改性黄土的动残余应变和孔隙水压力随着振次的增加均增长缓慢,且在m=5%时峰值最小,表明5%是水泥改性黄土地基抗液化处理的最佳配比。     

贵州英坪钼镍多金属矿地质特征及成矿条件

区内早寒武世黑色岩系是由下至上分别为古风化壳、上磷矿层、钼镍多金属层、高炭质泥岩、炭质泥岩、含炭质泥岩的岩性组合,主要以泥炭质为主;具有黄铁矿化、硅化、碳酸盐化、重晶石化等蚀变现象;其中,古风化壳、上磷矿层不完全发育,而高炭质泥岩稳定产出可作为找矿标志层。英坪钼镍多金属层赋存于黑色岩系底部,为多金属硫化物、黏土矿物及高炭质泥岩组成的细层;顶底板标志清晰,界限分明,特征典型;矿石矿物以硫化物为主,脉石矿物以黏土、硅质、炭质为主,矿石结构以泥质(粉砂质)砾(粒)屑结构为主,矿石构造以叠层状构造为主。根据矿体(层)地质特征、沉积环境等综合分析,区内成矿条件主要受着地层岩性、古构造运动、岩相古地理及生物作用等多种因素的制约;根据矿体(层)赋存层位、岩性组合、顶底板特征、蚀变现象等综合分析,建立了本区的找矿标志。     

活性MgO碳化固化土的渗透特性研究

碳化固化法是一种低碳搅拌处理软土的创新技术,碳化反应生成的产物能有效降低固化土的孔隙率。在已有研究的基础上,着重研究碳化土的渗透特性,以利于其工程应用。采用室内渗透试验,系统研究了活性MgO掺量、碳化时间、初始含水率和CO_2通气压力对MgO碳化粉土和碳化粉质黏土渗透系数的影响规律,并与相同固化剂掺量、相同初始含水率下水泥固化土的渗透系数进行了对比。结果表明:活性MgO碳化土的渗透系数随MgO掺量的增加而降低,与相同掺量下水泥固化土的渗透系数处于同一数量级;MgO碳化粉土的渗透系数明显大于碳化粉质黏土的渗透系数;当MgO碳化粉土和粉质黏土碳化6.0 h时,相应的渗透系数达到最小(10-6);通气压力对MgO碳化土的渗透系数影响不大,在通气压力为200 k Pa时渗透系数较小。因此,活性MgO碳化土具有与水泥固化土相近的抗渗性能,有良好的推广应用前景。