重金属污染土物理性质强度定量关系试验研究

通过室内试验研究土体孔隙液中重金属离子影响土体物理力学性状的机理,采用不同浓度的重金属Cu2+、Zn2+、Pb2+掺入高岭土、伊利石类黏土和钠基膨润土,研究土体界限含液率、不排水抗剪强度随重金属离子浓度的变化规律。试验结果表明:以高岭石、伊利石为主要黏土矿物的低活性土的液限、塑性指数随离子浓度的增加而增大,钠基膨润土则表现出相反的变化规律;低活性黏土的不排水抗剪强度随离子浓度增加而增大,高活性黏土强度则随之减小;基于已有的无污染土体物理力学性状定量联系,分析重金属污染土的不排水抗剪强度与液性指数的定量关系,发现重金属离子引起的不排水抗剪强度的变化可以归结于重金属离子引起的液塑限变化,表明重金属Cu2+、Zn2+、Pb2+污染过程基本没有产生化学反应,其物理力学定量关系与已有的无污染土经验关系式一致。     

砂质黏性紫色土渗透特性试验研究

土的渗透特性反映土体透水能力,是土壤水蚀模型的重要参数和评估水土流失效应的重要指标。利用多功能三轴仪对重庆地区典型砂质黏性紫色土进行模拟自然界下不同降雨强度和不同覆土深度处的渗透试验,分别研究了渗透压、围压及覆土压力等因素对土体渗透特性的影响规律。结果表明:试验范围内的不同渗透压下砂质黏性紫色土的渗透系数处于相同数量级;围压对土体的渗透系数有显著的影响,但随着围压逐渐增大,土体渗水能力的降低梯度逐渐减小;覆土压力增加,土体的渗透系数减少,相同状态下围压越小,覆土压力对土体渗透系数的影响效果越明显;随着覆土深度的增加,砂质黏性紫色土的渗透系数迅速降低。研究可为地基处理、滑坡机理分析及水土流失防治设计等提供参考。     

重金属Pb~(2+)污染土的渗透性能研究

通过对不同渗透压差下的Pb~(2+)污染土进行室内柔性壁渗透试验,研究不同Pb~(2+)污染浓度、养护龄期及渗透时间对重塑黄土渗透性能的影响。结果表明:当Pb~(2+)与土体反应时间较短时,污染浓度对渗透系数的影响较小,试样龄期为3d时,随着Pb~(2+)污染浓度的增加,渗透系数在低、中、高渗透压下变化规律不同,渗透压差对渗透系数的测定影响较大;在相同铅污染含量下,随着养护龄期加长,铅污染土的渗透系数先减小、后增大。     

水化学效应对自然土物理力学特性的影响

目前的水化学效应影响研究主要针对于膨润土和高岭土展开,针对于自然土的研究较少。本文利用NaCl、CaCl_2调配不同浓度无机盐溶液作为孔隙水溶液,研究自然粘土的液塑限、渗透系数和强度受水化学效应的影响。试验结果表明:随着无机盐溶液浓度增大,NaCl、CaCl_2溶液可以降低土体的液限、塑限和强度,增大土体的渗透系数;另外,盐溶液作用能提高土体内摩擦角,减小粘聚力,甚至出现负值粘聚力。此外,试验土体的液限改变主要受扩散双电层厚度影响;渗透性增大则是由于扩散双电层厚度变薄,土体颗粒发生絮凝,孔隙结构变大造成;而强度受无机盐溶液的影响主要归结于物理化学力改变引起的土体孔隙结构的变化,使剪切区域颗粒的接触点数量减小;负值粘聚力的出现主要是由于摩尔库伦准则求粘聚力时掺杂了物理化学力和摩擦角的影响。     

利用膨润土的膨胀和稠度特性对GCL渗透系数进行预测的试验研究

以土工合成粘土衬垫(Geosynthetic Clay Liner,GCL)在尾矿库防渗层中的应用为背景,研究不同浓度重金属离子(Cu和Zn)作用下,膨润土的自由膨胀量、液限及GCL渗透系数的变化规律,并分析它们之间的对应关系。试验结果显示,当重金属离子浓度在0.01mol/L到0.1mol/L之间递增时,膨润土的自由膨胀量和液限会随着重金属离子浓度的增大而大幅度减小,但当重金属离子浓度从0.1mol/L增加到0.5mol/L时,膨润土的自由膨胀量和液限则只有微小变化。在渗透试验中,当渗透溶液中重金属离子浓度小于0.01mol/L时,GCL的渗透系数能够保持稳定;但当重金属离子浓度大于0.02mol/L后,GCL的渗透系数会随着渗透溶液中重金属离子的浓度增加而不断升高。研究结果表明,当尾矿库渗滤液中重金属离子浓度大于0.02mol/L时,GCL的渗透系数与膨润土的自由膨胀量和液限之间具有良好的数学对应关系,可以利用自由膨胀量和液限对渗透系数进行预测。     

溶液作用下黏土的界限含水率及渗透试验

黏性土的界限含水率是用于土的分类和评价的重要指标,并可能与渗透系数等参数具有一定的相关性,但溶液作用下界限含水率的变化规律没有一致的结论。选取填埋场渗滤液中的几种代表性溶液,对0~15%含量的膨润土改性黏土的界限含水率及渗透性进行了试验。研究发现,CaCl₂溶液和乙酸溶液具有絮凝作用,使高液限黏土变为高液限粉土;膨润土改性黏土的液限和塑性指数与膨润土掺入量正相关;改性黏土的液限随CaCl₂溶液浓度的增大而减小;渗透系数与液限之间没有显著相关性,溶液作用下土的渗透性能还需要深入研究。     

降压回灌作用下黏土的渗透特性试验研究

为控制深基坑降水和承压水降压引起的土体沉降问题,通常采用坑外回灌措施,而软黏土渗透特性在抽水回灌过程中出现的变化会影响回灌效果和土体变形特性。采用GDS三轴试验仪对上海黏土土样进行室内降压回灌模拟试验,研究降压回灌的渗流作用对黏土渗透特性的影响规律。试验通过设置围压和初始孔压来控制土样应力水平,利用反压变化模拟孔隙水的降压和回灌过程,测试土样的渗流变化与变形,从而分析土样孔隙比、渗透系数等参数的变化规律。研究发现,渗透系数在降压阶段因孔隙比减小而降低,并存在非线性关系;土体孔隙比在回灌阶段逐渐增大,但渗透系数因堵塞效应而呈现进一步降低趋势;可用e–lgk拟合曲线建立孔隙比与渗透系数之间的非线性关系。     

主应力轴连续旋转下软黏土软化特性试验研究

利用GDS空心圆柱扭剪系统对原状软黏土进行大周次循环扭剪试验,分析了在主应力轴旋转条件下不同有效围压和不同循环应力比下软黏土的软化特性.结果表明:不同循环次数下土体的剪切应力-应变滞回曲线有明显的差异,随着循环次数的增加,土体的剪切模量减小;在相同有效围压条件下,随着循环应力比的增大,土体轴向模量和剪切模量的软化指数降低;在相同循环应力比下,随着有效围压的增大,土体受到的侧向约束增大,轴向模量和剪切模量的软化指数减小.     

细粒迁移及组构变化对黏土渗透性影响的试验研究

为进一步探究水化学环境下土体渗透性的变化规律及作用机理,对饱和重塑压实黏土样在不同水化学条件及渗流路径下进行了一系列变水头渗透试验,分析了不同浓度的NaCl溶液在不同渗流路径下对饱和黏土渗透性的影响。结果表明:不同干密度试样的渗透性随浓度增加展现出较大的差异,干密度为1.40 g/cm~3时,渗透系数呈先升后降,而干密度为1.50 g/cm~3时,渗透系数不断降低;逆转渗流方向,试样渗透系数发生突变;孔隙盐溶液浓度周期性变化,试样渗透性不可逆。基于核磁共振(NMR)分析技术,测试了土体内部孔隙结构分布随孔隙盐溶液浓度的变化。最后基于上述试验结果从细粒迁移产生的孔隙堵塞效应和组构改变引起的孔隙封闭效应两个方面,解释了孔隙盐溶液浓度变化对黏土渗透性的影响。     

柔性壁酸渗透条件下花岗岩残积土力学特性试验研究

自然条件下的残积土经酸雨侵蚀,发生化学-力学耦合作用。酸污染残积土性状与土颗粒特征、粒间胶结物和污染浓度、粒间液体介质等有关。三轴柔性壁渗透法通过模拟真实的土体固结应力状况,利用一定渗透压使酸液在土体内部渗流,有效模拟酸雨的淋滤作用,该方法可以精准控制及检测围压、渗透压、及渗透时间等参数。完成酸液渗透试验之后,利用三轴仪检测酸渗透试样的抗剪强度,同时收集过滤处理的酸液对花岗岩残积土试样进行三轴柔性壁渗透试验,可模拟酸雨加速侵蚀过程,反映残积土在长期酸雨作用下的力学特性规律。试验结果表明：渗透液pH值降低加快残积土渗透系数衰减,渗透系数随反应时间呈幂指数衰减;利用原子光谱分析法检测渗透液Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺浓度,发现随着渗透液pH值降低,渗透流量和渗透液离子浓度减小;不同酸渗透条件下花岗岩残积土重塑样的不排水剪切试验应力应变曲线呈应变硬化,有效偏应力峰值大小依次为：pH1>pH7>pH3,超静孔隙水压力变化随轴向应变增大呈现先增大而后逐渐减小的趋势,黏聚力随着渗透液pH值升高,渗透时间增长而降低。柔性壁...     

细粒迁移及组构变化对黏土渗透性影响的试验研究

为进一步探究水化学环境下土体渗透性的变化规律及作用机理,对饱和重塑压实黏土样在不同水化学条件及渗流路径下进行了一系列变水头渗透试验,分析了不同浓度的NaCl溶液在不同渗流路径下对饱和黏土渗透性的影响。结果表明：不同干密度试样的渗透性随浓度增加展现出较大的差异,干密度为1.40 g/cm³时,渗透系数呈先升后降,而干密度为1.50 g/cm³时,渗透系数不断降低;逆转渗流方向,试样渗透系数发生突变;孔隙盐溶液浓度周期性变化,试样渗透性不可逆。基于核磁共振（NMR）分析技术,测试了土体内部孔隙结构分布随孔隙盐溶液浓度的变化。最后基于上述试验结果从细粒迁移产生的孔隙堵塞效应和组构改变引起的孔隙封闭效应两个方面,解释了孔隙盐溶液浓度变化对黏土渗透性的影响。     

酸雨作用下红黏土渗透性影响机制及压实度控制

酸雨会溶解红黏土中的部分物质,是导致红黏土路基病害的重要因素。研究红黏土在酸雨环境下的渗透机制、提出红黏土路基压实度建议标准对于红黏土地区路基设计具有很强的工程实际意义。设计新型的淋溶仪器,用不同p H值溶液模拟酸雨对原状红黏土进行淋溶后,进行渗透性试验、物相分析试验及电镜微结构扫描试验,深入分析酸雨对桂林红黏土渗透性的影响因素及影响机制;进一步通过试验研究重塑红黏土渗透系数与压实度的变化关系。结果表明:红黏土渗透系数随干密度增大而减小;红黏土中的主要物质成分包括铁、硅、铝和钾4种金属元素的化合物均能被酸性物质溶解,随地下水迁移而流失,造成土体结构孔隙比增大、内部的孔隙连通性增强,酸雨的p H值越小,这些物质的溶解程度越大,对红黏土的渗透性影响越大;当在p H值≥3的酸雨地区用红黏土作为路基填料时,控制路基压实度≥95%可有效预防酸雨对红黏土的不利作用。     

吹填珊瑚岛礁钙质软泥的渗透特性试验研究

钙质软泥作为吹填珊瑚地基土的一部分,其渗透特性对于岛礁工程的建设具有重要意义。基于GDSPERM全自动环境岩土渗透试验系统对南海某岛礁钙质软泥进行系列固结渗透联合试验,探究孔隙比、固结历史、固结压力、水力梯度和孔隙液离子浓度对钙质软泥渗透特性的影响,并对钙质软泥孔隙比与渗透系数之间的非线性关系进行拟合分析,得出钙质软泥的系列渗透规律。结果表明:钙质软泥的渗透系数约为10~(-6) cm/s,且不随水力梯度的变化而变化,存在初始水力梯度;固结历史对钙质软泥渗透性有较大影响,在孔隙比相同的条件下,未经固结的土样呈现出更低的渗透性能;钙质软泥的渗透系数随固结压力的增大而减小,减小幅度不超过一个数量级;随着孔隙比的增大,钙质软泥的渗透系数也相应增大,两者呈非线性关系,"lg[k_v(1+e)]-lg e"模型拟合效果较好,为适用于钙质软泥的最优非线性渗透模型;钙质软泥的渗透系数随孔隙液NaCl浓度的增大而减小。     

极细颗粒黏土渗流特性试验研究

 为深入研究极细颗粒黏土的渗流特性,采用可调节水头高度的常水头渗透试验装置,利用不同离子浓度的孔隙液和蒸馏水,分别对极细颗粒人工土和广州南沙天然软土进行渗透试验。试验结果显现土体渗流的2个重要的特性,一是随着孔隙液离子浓度的增大,试样的渗透系数随之增加;二是随着水力梯度的降低,对于不同离子浓度的孔隙液情况,试样的渗透系数出现增大或者减小的“异常”现象。试验结果和机制分析认为,土颗粒表面电荷的微电场作用和渗流孔隙的微尺度效应是影响极细颗粒黏土的渗流特性的重要原因,而颗粒比表面积、表面电位、孔隙液离子浓度和孔隙尺度则是改变渗流特性的重要影响参数。对上述2个渗流特性分别采用“微电场效应”和“微尺度效应”作出解释,其中对软土渗流“异常”现象的真实原因仍需要更多的试验和进一步的研究探讨。     

木质素纤维黄土渗透性能影响因素研究

为了研究木质素纤维作为改良材料时木质素纤维黄土的渗透特征,通过恒水头三轴渗透试验和扫描电镜试验对不同木质素掺量(掺量为1%、3%、5%和7%)和养护龄期(龄期为0 d、3 d、7 d和28 d)的木质素纤维黄土进行试验,探讨不同条件时木质素纤维黄土的渗透性及微观差异。试验结果表明:木质素纤维黄土的渗透系数随养护龄期增加先增大后减小(趋于稳定),部分后期又增大;施加的围压越大,试样的渗透系数越小;木质素纤维掺量为3%时,渗透系数最小,木质素纤维掺量在1% ~ 7%范围内,渗透系数先减小后增大;木质素纤维掺量越多,木质素纤维间聚集现象更明显,掺量较小时黄土与木质素纤维的复合效果越好。对木质素纤维黄土渗透性影响因素的显著性顺序为木质素纤维掺量 > 围压 > 养护龄期。     

水力梯度对黏土渗透性影响的试验研究

渗透性是土体的重要工程性质之一,其受孔隙率、颗粒粒径及流体性质等诸多因素影响,但通常认为与水力梯度无关。现采用研制的刚性壁固结渗透装置,对经不同固结压力固结的黏土试样,进行先逐级施加水压、后逐级卸除水压条件下的固结和渗透试验。试验结果表明,水压加载时,受渗透力的影响,孔隙比和渗透系数均随水力梯度增大而减小,理论分析验证了递增水力梯度下渗透系数测试值变化趋势的合理性。水压卸载时,孔隙比不变,但渗透系数随水力梯度减小而继续减小,主要与颗粒堵塞和弱结合水相关,水力梯度较大时弱结合水处于流动状态,水力梯度递减后,弱结合水处于黏滞状态,孔隙导水能力下降,渗透系数降低,基于试验数据的线性拟合式显示降幅可达初始值的一半。     

考虑黏土–结构接触变形的剪切–渗流耦合试验

针对高黏土心墙坝岸坡部位接触黏土与混凝土基座接触面的剪切渗流问题,研制了一整套可用于开展黏土与结构接触剪切力学特性和渗流特性研究的剪切–渗流耦合试验系统。该系统可实现接触面的大剪切变形,控制剪切变形与渗流方向正交,自动获取接触面力学特性与渗透特性的演化过程。通过开展接触黏土渗透试验及接触黏土–结构接触面力学特性试验,验证了该试验系统的可靠性。对某高心墙土石坝接触黏土料开展剪切–渗流耦合试验,结果表明：在低正应力下,试样整体渗透系数随剪切变形的增大先减小后增大,最后趋于稳定;在高正应力下,整体渗透系数随剪切变形的增大而不断减小并快速趋于稳定;探讨了不同正应力下土体剪胀性对接触黏土–结构接触面渗透性的影响机制。提出了结构粗糙度对接触面的渗透特性的影响有待进一步研究。     

灰岩单裂隙非饱和渗流–应力耦合特性试验研究

为研究不同应力条件下岩体裂隙非饱和渗流特性及其影响因素,基于自主研发的岩体裂隙非饱和渗流试验系统,对4组灰岩裂隙试样开展变饱和度和不同围压条件下的渗透试验。试验结果表明：(1)随着围压的增加,裂隙进气值增大,非饱和渗透系数–毛细压力关系曲线下降斜率及幅度均减小,在相同毛细压力下,高围压对应的裂隙非饱和渗透系数要高于低围压的情况;(2)通过对比毛细压力、围压这2个因素对非饱和渗透系数的影响发现,随着毛细压力的增加,围压对非饱和渗透系数的影响降低;同样,随着围压的增加,毛细压力对非饱和渗透系数的影响降低;(3)随着粗糙度的增大,裂隙饱和渗透系数降低,残余饱和度有小幅增长;(4)基于不同围压和毛细压力下的裂隙非饱和渗流试验数据,对裂隙非饱和渗透系数与毛细压力和围压的关系式进行拟合,从拟合曲面与试验实测数据的对比来看,拟合关系式可以较为准确地描述试验测得的裂隙非饱和渗透系数随毛细压力和围压的变化。本文对变应力条件下裂隙非饱和渗流过程及规律的研究成果可为降雨入渗条件下的工程岩体稳定分析提供依据。     

饱和软黏土渗透特性及对一维大变形固结影响

 通过室内渗压试验对广州南沙饱和软黏土在不同固结压力和不同渗透压力下的渗透特性进行系统研究,分析影响土体渗透性的各种加卸荷条件;归纳渗透系数与固结压力、渗透系数与孔隙比的经验关系;揭示了软黏土的渗透规律和渗透破坏特征。在试验成果分析基础上,根据大变形固结理论中以位移为控制变量的物质描述方程,进一步研究初始渗透系数对大变形固结的影响以及在软土地基大变形固结计算中考虑压缩系数和渗透系数的非线性的必要性和合理性。     

地铁隧道周围粉质黏土动力参数试验研究

利用GDS共振柱试验仪,对地铁隧道周围粉质黏土进行动力参数(动剪切模量和阻尼比)研究,分析在不同围压试验条件下三种粉质黏土动剪切模量和阻尼比变化规律。试验结果表明:随着动剪应变的增大,动剪切模量逐渐减小,阻尼比逐渐增大;围压越大,动剪切模量越大,阻尼比越小,且围压对动剪切模量的影响效果要显著于阻尼比;液性指数越小的土体,围压对阻尼比的影响效果越显著;最大动剪切模量与围压、参考剪应变与围压、最大阻尼比与围压均存在较好的线性关系。