孔隙溶液酸碱度对重塑黄土工程性质的影响研究

随着社会发展,工业废水排放导致地基土污染已经成为较为严重的环境岩土工程问题。为了研究黄土地基在酸碱污染后工程性质的变化情况,从水-土相互作用的角度出发,以盐酸和氢氧化钠溶液为污染物,人工制备5种不同酸碱度的溶液用于浸泡黄土,并通过基本土工试验及电阻率试验测试了重塑黄土工程性质指标变化情况。研究发现:随着孔隙溶液酸性增强,重塑黄土的液限、塑性指数、渗透系数、黏聚力和内摩擦角逐渐增大,电阻率逐渐减小;随着孔隙溶液碱性增强,土体中的黏粒含量增加,液限、塑性指数和电阻率逐渐降低,黏聚力、内摩擦角和渗透系数逐渐增大。研究孔隙溶液酸碱度对土体基本物理力学性质的影响,可为环境岩土工程实践提供借鉴。     

化学溶液和冻融循环作用后白砂岩三轴压缩力学性能试验研究

研究了不同溶液(H2O和HNO3溶液)浸泡与干燥状态下经冻融循环作用后白砂岩的力学性能。根据试验结果分析了白砂岩基本力学性能的变化规律;从微观方面出发,探讨了不同溶液浸泡和冻融循环对白砂岩的损伤破坏作用。研究表明:经过酸浸泡-冻融、水浸泡-冻融和只经冻融处理后的白砂岩峰值应力均有不同程度的降低,经过酸浸泡-冻融组的白砂岩峰值应力降幅最大,水浸泡-冻融组降幅次之,说明溶液浸泡和冻融循环对白砂岩均有损伤劣化作用。只考虑溶液影响时,硝酸溶液对白砂岩的损伤程度最大。前期处理条件相同的情况下,随着围压的增加,白砂岩的抗压强度和塑性变形随之增大。相同围压条件下,白砂岩达到峰值应力时的变形和弹性模量的损失率随前期处理对白砂岩的损伤程度增加而增大。     

受酸腐蚀砂岩力学性质及孔隙结构变化研究

为研究酸性环境下砂岩的力学性质以及孔隙结构的变化,对酸液腐蚀后的砂岩进行了单轴压缩试验和孔隙率的计算,探讨了腐蚀时间和酸液浓度对砂岩力学参数和孔隙率的影响。结果表明:酸性溶液对砂岩腐蚀情况显著,浸泡后,砂岩孔隙率增大,电镜扫描图孔隙面积明显增加,且溶液浓度越大,腐蚀时间越长,孔隙体积越大;受酸腐蚀砂岩单轴抗压强度和弹性模量降低显著,试验结束后,pH=1硫酸溶液和pH=3硫酸溶液砂岩单轴抗压强度分别降低31.59%和26.99%,弹性模量分别降低64.46%和62.26%;基于次生孔隙率,构建化学损伤变量,并建立了化学损伤变量同力学参数的关系式;砂岩力学参数的降低与次生孔隙率的变化具有较好的一致性。     

纳米黏土对湿陷性黄土的改良效果研究

湿陷性黄土作为西北地区常见的问题土壤,给西北地区的土木工程建设带来了巨大的挑战,如何低成本的降低黄土的湿陷性是工程界亟需解决的问题。以陕西某灌溉水渠为工程背景,通过室内外试验相结合的研究方法,研究了纳米黏土对湿陷性黄土的改良效果。室内试验结果表明:随着纳米黏土含量的增大,改性黄土的液限、塑限及塑性指数均增大,改性黄土的最佳含水率随纳米黏土的增大而增大,这对于湿陷性黄土地区的施工具有重要的工程意义;两类强度试验均表明纳米黏土在一定程度上提高了改性黄土的强度;纳米黏土的添加降低了改性黄土的分散性和湿陷性。另外在水渠现场开展了室外试验,试验结果表明添加 2．0％纳米黏土后,黄土的稳定性有明显改善。室外试验结果与室内试验结果基本一致。此研究为黄土地区消除湿陷性提供了一种新方法,可为之后类似工程提供有益的参考。     

酸污染条件下花岗岩残积土崩解特性试验研究

通过人工方法制备了不同ｐＨ值的酸性溶液污染的原状花岗岩残积土,探讨了不同ｐＨ值的酸 及浸泡时间对土的崩解特性的影响。研究表明:在同一ｐＨ值的酸作用下,花岗岩残积土在一定时间内 的崩解量随浸泡时间的增加而增加,浸泡时间越久,增加量越大;在浸泡时间相同时,花岗岩残积土在一 定时间内的崩解量随着ｐＨ值的减小而增大,且ｐＨ值越小,增加量越大;同时,在同一浸泡时间下,崩解 速度也随着ｐＨ值的减小相应增大。分析可知,双电层结构的改变和胶结物的溶蚀是花岗岩残积土加速 崩解的主要原因。     

不同酸度渗透溶液对重塑黄土渗透特性影响研究

通过对杨凌黄土进行三轴渗透试验和常规渗透试验,分析了不同干密度的重塑黄土分别在pH=7.0的无气纯水及pH=3.0, 4.0, 5.0的乙酸溶液渗透下渗透系数的变化规律,研究了黄土在含酸渗透水流作用下的劣化性质,为分析黄土在酸溶液渗透作用下强度变化以及黄土构筑物的稳定变化特性提供依据。试验结果表明：①饱和黄土的渗透系数随着干密度的增加而减小。②在一定的干密度下,黄土的渗透系数随围压的增大而减小。③饱和黄土在pH=3.0酸溶液短期渗透下的渗透系数最大,随着酸溶液pH值的增大,渗透系数随之减小,因为酸溶液中的氢离子溶解了黄土中的难溶盐形成了新的渗流通道;而纯水pH=7.0渗透下土样的渗透系数介于pH=3.0和pH=4.0渗透下土样的渗透系数之间,是因为纯水采用的是煮沸过的无气水,相比之下试验配置的酸溶液本身存在少量的气体,从而影响了渗透系数的大小。④渗透系数随时间的增加而出现减小的趋势。试样进行三轴渗透和常规渗透,得出渗透系数都有随时间的延长而减小的规律。     

预制单裂缝花岗岩化学侵蚀作用的试验研究

为了研究化学侵蚀对裂隙岩体的影响,将天然花岗岩加工成板状样,用水刀预制单裂缝,然后将其浸泡在化学溶液中并施加竖向荷载,经过预定时间后进行单轴压缩试验。通过比较浸泡前、后试样质量和力学性质的变化,研究了溶液浓度、pH值、应力水平和浸泡时间等因素的影响。研究结果表明:封闭溶液条件下,试样的质量损失微小但力学性质劣化明显;经化学溶液浸泡后,试样压缩变形有从脆性向延性转变的趋势;酸性环境下的起裂应力、峰值强度和弹性模量最低,碱性环境次之,中性环境最大;随着浓度、应力水平及浸泡时间增加,起裂应力变化波动性较大,而峰值强度和弹性模量均单调减小。     

酸污染离石黄土物理特性及微观结构试验研究

为探究酸污染对黄土物理性质的影响,采用浓度为0.5,1.0,2.0,3.0,4.0,6.0,8.0,10.0 mol/L的盐酸溶液浸泡离石黄土,制备酸污染试样,并以蒸馏水浸泡样作为对照组。通过室内试验探究酸污染离石黄土土粒相对密度、孔隙比以及塑性指数变化规律,并对酸污染离石黄土试样进行微观结构分析,进一步揭示离石黄土物理特性变化机理。试验结果表明:①离石黄土相对密度从2.73降至2.69,呈线性渐进减少;②酸浓度的增加导致试样孔隙比逐渐增大,离石黄土孔隙比从0.77增至1.33,呈单指数增长;③随酸浓度的增加,试样塑性指数从11.89增至13.73再降至7.34,呈现出先增大后减小的情形;④经酸污染作用后,离石黄土微观结构发生明显变化,即酸浓度越大,土体颗粒表面变得越粗糙,骨架颗粒越松散,细粒含量逐渐减小,孔隙面积不断增加。     

清水及硫酸溶液浸泡下花岗岩残积土强度演化特征研究

为了揭示不同浸泡环境下花岗岩残积土的强度演化特征,考虑到花岗岩残积土的结构损伤与介质溶解,以不同硫酸溶液浓度和浸泡时间作为试验变量,开展清水及硫酸溶液浸泡下试样的波速测试、快剪试验以及质量测试。研究表明:试样浸泡在清水中时,其黏聚力、内摩擦角和纵波波速均随浸泡时间增加呈指数衰减,28 d～40 d后稳定,硫酸溶液中则随硫酸浓度增加呈指数衰减,浓度增加到5%后趋于稳定;分别以黏聚力、内摩擦角和纵波波速的定义损伤变量,在清水浸泡下随浸泡时间增长而增大,浸泡28 d～40 d后稳定,在硫酸溶液浸泡下随硫酸浓度增加而增大,浓度增加到5%后趋于稳定;黏聚力和纵波波速演化特征相似,可通过纵波波速推算黏聚力。     

冻融循环对新疆黄土结构的影响

为探究冻融循环作用对黄土结构的影响,选取新疆天山北麓黄土,采用室内试验的方法,对重塑黄土进行冻融循环试验和冻融循环后的湿陷试验,结果表明:黄土湿陷净变形随着冻融循环次数的增多先增大后趋于稳定;含水率低于塑限时黄土表现为冻缩,含水率高于塑限时黄土表现为冻胀;冻缩时冻融循环使黄土湿陷系数降低,冻胀时黄土湿陷系数增大,冻缩对黄土湿陷性起到弱化作用,冻胀使黄土湿陷性增强;含水率对黄土冻融循环后湿陷性的变化起主导作用。     

酸性溶液腐蚀后花岗岩力学特性试验研究

以福建省安南市水头镇花岗岩为研究对象,研究了花岗岩在不同酸性溶液(p H=1,p H=3,p H=5)中浸泡不同时间(30d,60d,90d)后单轴压缩下的基本力学特性。使用扫描电子显微镜(SEM)观察破坏后的花岗岩矿物形貌,并对破坏后的花岗岩进行X射线衍射(XRD)分析其衍射图谱获得试样成分。探讨化学溶液腐蚀后的花岗岩微观破坏情况。试验结果表明:化学腐蚀后的花岗岩物理力学特性均发生不同程度的劣化,随着p H值的减小,花岗岩试块杨氏模量减小,峰值应力减小;随着腐蚀时间的增加,试块杨氏模量减小,峰值应力减小。观察SEM图像得知,随着腐蚀时间和溶液酸性的增大,花岗岩矿物晶体之间的连接变弱。     

重塑黄土与植物根系界面摩擦离散元分析

油松作为一种植根于黄土地区的常见植物,在提高黄土强度方面起重要作用。为了弄清油松根系在黄土地区的固土效应,本文采用离散单元法(Distinct Element Method)模拟根系拉拔试验,分析了法向压力、根系埋深、含水率对根-黄土界面摩擦力学特性的影响。结果表明:拉拔试验中,根-黄土界面峰值强度、残余强度随着法向力的增大而增大;峰值强度、残余强度随着根系埋深的增加而增大;随着含水率的降低,根-黄土界面峰值强度、残余强度呈增大的趋势。     

不同酸碱度对改良红黏土力学性质及结构的影响

红黏土在土类划分上属于特殊性土,由于其特殊的成因过程及成因环境,工程性质也有很大区别。为了研究地下水环境酸碱度对改良土的强度影响,通过将改良土体浸泡到不同酸碱度的溶液中,测试改良土的力学性质,研究不同掺量、浸泡时间和溶液酸碱度对改良红黏土的影响和作用机理。再通过电镜扫描,研究改良红黏土的微观结构,探讨其与力学性质改善的关系。试验结果表明,从宏观上,在酸性环境下改良土凝聚力均随浸泡时间的增长而减小。从微观上,土粒的搭接形式、搭接程度以及颗粒间的胶结程度决定了土体的物理力学性质,而酸碱环境使改良红黏土结构发生变化,土粒间黏结程度得到改善。     

膨润土石灰改良黄土强度及微观结构试验研究

黄土工程性能较差,必须经过处理才能作为路基填料使用。为了提高黄土路基的承载力,更好地解决黄土路基的工程病害问题,在黄土路基填料中加入膨润土和石灰,通过不同组合掺量的膨润土-石灰-黄土的无侧限抗压强度试验与核磁共振试验,分别从土体强度和孔隙结构的角度出发,研究各掺量膨润土-石灰对黄土路基填料强度及孔隙结构的改良效果。试验结果表明:膨润土可以有效填充黄土的孔隙,石灰能使土体内分散的颗粒连成整体,并使土体无侧限抗压强度提高4.01倍;改良黄土的无侧限抗压强度随着养护龄期的增大而增大;与素黄土相比,改良黄土的孔隙度降低,大孔隙占比显著减少。通过微观电镜扫描发现土颗粒之间连成整体,且颗粒间的大孔隙也基本被填充。因此,膨润土和石灰对黄土填料的改良效果较为显著。     

黄土钠质化对其工程性质影响的研究

土壤钠质化是我国面临的土壤问题之一。为探究钠质化对黄土基本性质的影响,以杨陵黄土为研究对象,人工配制钠盐含量分别为1、3、5、10和20 g/kg的土样,压制成不同干密度和含水率的土样,通过基本土工试验和土壤电导率测试、交换性钠离子百分比试验以及斥水性试验,分别测试钠盐含量变化对黄土基本性质的影响。结果表明:随着钠盐含量的增加,土样电导率增大,交换性钠离子百分比增大,土样钠质化程度加剧;塑限在20%左右波动,液限呈现先增加后降低的趋势;土壤斥水性随含盐量增大逐渐减弱,水分入渗变得容易,但是同时土体渗透系数降低,水体在土中渗流变得困难;同时土样的压缩系数逐渐增大,压缩变形变得容易。     

延安新区黄土结构性参数对无侧限抗压强度的影响规律

为研究高填方黄土的结构性在无侧限压缩状态下对其强度与变形特性的影响,以延安新区某高填方场地黄土为研究对象,开展不同试验条件下原状黄土与重塑黄土无侧限抗压强度试验,研究含水率与压实度对黄土结构性的变化规律及其力学特性的影响,并构建原状黄土和重塑黄土的初始结构参数与抗压强度关系的数学模型。结果表明：随着土样含水率的增大或压实度的减小,土体的应力-应变关系曲线由“陡峭”向“平缓”特征过渡,应力峰值减小且后移,结构性参数-应变关系曲线的峰值减小且前移;塑性指标可以作为影响初始结构性参数变化的临界值指标,含水率小于塑限值时,小应变会导致黄土结构性增强,反之则减弱;随着含水率的增大,初始结构性参数呈非线性减小,抗压强度呈线性减小;原状黄土结构性参数-应变关系曲线比相应的重塑黄土曲线分布“陡峭”, 含水率增大对原状黄土初始结构性的削弱程度明显大于重塑黄土;初始结构性参数与抗压强度具有非线性关系,可较为精确地表征出原状黄土和重塑黄土基于抗压强度、饱和黄土抗压强度及初始结构性参数的双曲线函数模型。     

改性黄土的力学特性试验研究

为了研究固化剂对黄土力学特性性能的影响,通过对兰州新区黄土样中加入新型高分子固化剂HEC、水泥以及HEC与水泥组合进行土壤化学改良,对改良后的土样进行击实试验、无侧限抗压试验以及渗透试验,研究固化剂掺入比、养护龄期以及压实度对改良黄土物理力学指标的关系。试验结果表明:水泥、HEC以及水泥与HEC组合均能改善黄土的工程性质;随着固化剂掺入比的增大、养护龄期的延长以及压实度的提高,改良黄土的抗压强度得到明显提高,且抗渗能力增强;若继续增加固化剂掺入比,则会导致固化剂利用率降低以及经济成本增加,故建议水泥、HEC固化剂掺入比不超过10%,固化剂的组合最佳拌和掺量为8%水泥加8%HEC。研究成果可为黄土加固理论及黄土在工程上的应用提供有益的参考。     

透明土中孔隙液体折射率、黏度系数与稳定性

为了探讨溶液作为制配透明土材料的可行性与稳定性,并为相关模型试验选用提供参考依据,针对二水溴化钙、焦磷酸钾、磷酸钾、六水氯化镁4种水溶型无机溶液和一种油溶型有机溶液(15号白油与正12烷混合物),系统测定折射率、黏度系数与溶液质量比之间的关系;采用目前模型试验中常用的溴化钙溶液、15号白油与正12烷混合物两种典型孔隙液体进行了孔隙液体对橡皮膜变形和抗拉强度、孔隙液体对透明土中固体颗粒材料的影响试验。试验结果表明,无机溶液折射率随质量比的增大呈线性增长,而黏度系数随着质量比的增大呈非线性增长;相同条件下溴化钙溶液和15号白油与正12烷混合物浸泡后橡皮膜长度变化率约分别为0.47%和37.81%,宽度变化率约分别为-1.09%和40.50%,抗拉强度分别降低约14.0%和89.4%;孔隙液体对熔融石英砂的影响较对无定形二氧化硅的影响要小,15号白油与正12烷混合物对固体颗粒的影响与溴化钙溶液基本相当。     

不同养护制度下粉煤灰混凝土抗硫酸盐冻融循环性能

为了揭示养护制度的变化在冻融硫酸盐环境下,对粉煤灰混凝土物理力学性能影响的变化规律,将浸泡不同龄期的粉煤灰混凝土抗压强度进行测试,改变了盐冻前的养护制度,并进行了不同循环后的物理性能试验;同时,对纯水和不同浓度硫酸钠溶液低温下冻结过程进行监测。试验研究发现:首先,大掺量粉煤灰混凝土浸泡于硫酸钠溶液中随着龄期延长,抗压强度增长更快,但在高浓度溶液中浸泡60～90 d后强度出现拐点;其次,在非长龄期的硫酸盐溶液中的浸泡,提高了试件后续抵抗此环境下冻融的能力,从300个循环提高至500循环左右;最后,在冻融硫酸盐交互作用下,由于降温速度和完全冻结时长随溶液浓度增大而提高和缩短,最长缩短近200 min左右,从溶液低温化学性态的角度明晰了硫酸盐环境对混凝土抵抗冻融破坏所起的积极作用。     

深厚黄土场地浸水试验及湿陷性评价

现场浸水试验是研究深厚黄土场地自重湿陷特征、评价其湿陷性的重要手段。基于原状黄土的室内试验，在兰州新区深厚黄土场地开展现场浸水试验，测试分析浸水过程中的土层含水率及地基沉降变形发展规律。研究结果表明：兰州新区原状黄土的含水率和干密度沿深度逐渐增大，孔隙比、自重湿陷系数大幅降低；随着水分入渗深度增加，体积含水率变化曲线上翘时间依次增大，湿润锋面到达测点的时间越来越滞后；地表沉降经历缓慢-快速-减缓-稳定的过程，沉降速率可达5.88 cm/d，浸水50 d时完成总沉降量的60%；该场地0～16.5 m强湿陷土层的湿陷量占湿陷总量80%以上；试坑周围有大量环向裂缝发育，裂缝最宽为34 cm，错台高度可达50 cm；结合室内和现场试验结果，该场地的自重湿陷下限深度和地基处理深度可取24.0 m。研究结果可为深厚湿陷性黄土地区的工程建设提供参考。