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。     

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。     

原状和压实黄土持水特性及湿陷性对比试验研究

通过对比研究具有相同初始干密度和含水率的原状和压实黄土,揭示黄土结构对其持水特性和湿陷性影响。利用扫描电镜观察原状和压实黄土微观结构,对试验结果辅助分析。研究显示:压实黄土持水特征曲线进气值较原状黄土大75%。这可能是由于原状黄土中存在超大团粒间孔隙,造成显著的瓶颈效应。另外,原状黄土持水特征曲线的滞回度在低吸力范围(小于7 kPa)较压实黄土大,而在中间吸力范围(7～80 kPa)较压实黄土小。这是由于原状和压实黄土经历不同脱—吸湿历史。对于湿陷性,高含水率时(大于18%)原状和压实黄土湿陷系数差别不大,而在低含水率(16%)时,原状黄土湿陷系数大于压实黄土。这是由于原状黄土中存在黏土颗粒胶结,使其具有较大抵抗加载变形能力(竖向应力200 kPa)。随后的注水,导致黏土颗粒胶结作用失效,引起较大湿陷变形。此外,原状黄土屈服应力较压实黄土屈服应力增大的程度随含水率减小而显著增加,这说明了原状黄土的结构性随含水率的降低而显著增强。     

石英粉对抗疏力固化剂改良黄土力学性能的影响

为了有效提高现有黄土的强度并解决改良黄土成本过高的问题,基于抗疏力固化剂改良黄土的性能及固化机理,首次提出在抗疏力固化剂改良黄土中掺入不同细度及不同掺量的石英粉(4, 200, 1 000目的造景废砂)进行改性增效。通过单轴抗压试验,在分析石英粉改良抗疏力固化剂改良黄土的最优配比基础上,讨论石英粉细度及掺量对改良黄土抗压强度、应力-应变曲线、破坏形态以及内摩擦角的影响,并结合扫描电镜探讨改良机理,进一步利用摩尔库仑强度理论分析双掺条件下黏聚力和内摩擦角的变化规律。研究结果表明:单掺石英粉和抗疏力固化剂都可以在一定程度上提高黄土强度,在2%掺量(质量分数)抗疏力固化剂改良黄土中掺入10%的200目石英粉可以显著提高黄土的抗压强度,通过扫描电镜试验观察得出抗疏力固化剂主要通过包裹黏聚200目石英粉形成的胶结体黏聚黄土中原有的骨架颗粒,以达到提高黄土强度的目的,且抗疏力固化剂和石英粉的掺入会同时影响改良黄土的刚度和变形性能; 不同粒径的石英粉对黄土的内摩擦角也有不同程度的影响。     

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。     

伊犁黄土强烈自重湿陷性的影响因素分析

新疆伊犁河谷的黄土,在沉积过程中受大西洋西风环流控制,不同于受东亚季风控制的黄土高原黄土,需要专门研究。对伊犁一大型渠道工程湿陷性黄土渠基的现场大型浸水试验证明,伊犁黄土湿陷性强烈,现场实测自重湿陷量达到352 cm,最大湿陷系数达到0.18(p=200 k Pa),且湿陷具有沉降发展早、速度快和量值大的特点。为了弄清引起伊犁黄土强烈湿陷的原因,开展了伊犁黄土沉积历史调查,及大量的黄土物理、矿物组成和显微结构试验工作,研究表明:伊犁黄土形成年代较晚,沉积过程中气候更为干冷,也基本未经受湿热气候的影响,盐分特别是碳酸钙受雨水淋滤的作用小,是典型的风积黄土样本;伊犁黄土具有天然密度、含水率和饱和度较小,易溶盐含量较高的特点,且其颗粒之间以点接触、架空结构和少胶结形式为主,结构极不稳定,这些因素是造成其强烈湿陷的历史原因和内在原因。     

黄土场地深基坑土性参数与变形控制设计

本文以西安市某基坑工程为例，对研究较少的影响黄土场地基坑工程设计的主要土性参数及开挖变形性状进行了分析，获得了初步结论。提出了黄土场地深基坑设计的原则和变形控制设计的思路：(1)按应力路径计算黄土中深基坑变形；(2)考虑分步施工的影响；(3)据基坑变形值确定支撑加固方案；(4)加强现场监测变形等。通过一大型基坑工程的数值计算，获得到了其典型的变形曲线，所得结论有一定的工程实用价值。     

我国西北黄土的基本性质及其工程建议

本文简要介绍了我国黄土的分布及其风化源;提出了一种微观构造模型,用于解释其变形崩解特性和含水量轻微变化对高孔隙黄土力学性质的影响。并强调黄土的物理-化学和力学性质主要由小于5μm颗粒物质所控制。其中包含的成分有伊利石、蒙脱石和溶盐。文中给出了有关物理-化学和矿物组成研究的结果,并利用固结、三轴、流变和渗透试验确定黄土的基本力学特性。最后对实际工程问题提出了建议。     

物质组构特征对片岩冻融损伤劣化的影响

目前对于岩石冻融损伤影响因素的研究主要集中在外因,而忽视了岩石物质组成、细观结构等内因。以鄂西北十房高速通省隧道武当群片岩为例,通过室内冻融循环、单轴压缩、矿物成分分析、切片偏光显微镜测试等试验,对比分析了物质组构特征(矿物成分及矿物颗粒排列情况)对片岩冻融损伤劣化特性的影响。结果表明,物质组构特征的影响主要体现在两个方面:1片理间充填矿物颗粒大小及其分布情况;2云母定向排列程度。前者对冻融损伤的影响体现在:当矿物颗粒粒径较大或分布较零散时,对片理的变形具有较强的阻挡和约束作用;反之,对片理变形的阻挡和约束作用较弱。后者对冻融损伤的影响体现在:云母定向排列程度越高,冻融循环引起的损伤劣化效果越明显,反之越不明显。研究结果对于从内因角度分析岩石冻融损伤劣化影响因素具有一定借鉴意义。     

冻融黄土微观结构变化规律及分形特性研究

季冻区黄土微观结构性研究是冻融环境下黄土工程机理劣化分析的关键科学问题之一。本文对不同冻融循环次数作用的原状黄土进行扫描电镜试验,采用颗粒(孔隙)及裂隙图像识别与分析系统(PCAS)结合分形理论,定量分析陕西咸阳原状黄土颗粒微结构特征。结果表明:随着冻融次数的增加,土颗粒排列、形态、尺度分布等特征参数呈现规律性变化,概率熵减小,分形维数增大;平均形状系数、面积概率分布指数、颗粒分布分形维数先减小后增大,在冻融循环5次时出现最小值。研究表明:冻融循环过程中,由于土中水相变化及冷生结构形成,土颗粒偏转,颗粒排列方式改变;胶结力弱化,集粒经历了碎屑开始剥落及完全分离的两个过程,土颗粒的形态、尺度分布发生变化,形成新的结构体系。     

再生细骨料及其混凝土的微观结构特征

采用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、显微硬度和氮吸附等微观测试方法研究了再生细骨料及其混凝土的微观结构特征。研究结果表明：再生细骨料是一种组成复杂的、具有一定水化活性的和高渗透性的人造骨料,其主要矿物相为SiO2、CaCO3以及少量的C2S。再生细骨料混凝土内部水泥石孔隙较多,结构密实性较差,同时其与再生细骨料间存在较为明显的界面过渡区,该界面过渡区宽度较大,且界面过渡区两侧的骨料和水泥石的显微硬度均较低。再生细骨料的多孔结构,以及再生细骨料混凝土内部水泥石和界面过渡区微观结构缺陷是导致其大孔增多的主要原因,大孔的增多会对混凝土抗渗性产生不利影响。     

无机刚性粒子增韧PVC／CPE合金体系的加工流变性能（二）

研究了无机刚性粒子（超细CaCO3，轻质CaCO3）对PVC／CPE体系加工流变性能的影响，分别探讨了CPE用量、超细CaCO3粒子用量和粒径大小对PVC／CPE共混体的影响。实验表明：超细CaCO3增韧PVC／CPE体系，能有效地改善体系的塑化行为，缩短塑化时间；在保证最佳的综合力学性能的同时，超细CaCO3的加入对加工流变性能影响不大；并且，随其粒径的减小，体系的塑化时间明显减小。     

侧限压缩下石英砂砾的颗粒破碎特性及其分形描述

利用侧限压缩试验研究高压应力下石英粗砂和细砾的颗粒破碎特性,基于分形模型和粒径分布资料,研究颗粒的破碎分形。结果表明:颗粒破碎量随着压力的增加而增加,并与粒径大小有关。随着破碎量的递增,粗砂的内摩擦角逐渐增大,细砾的内摩擦角先增大后减小,二者最终均趋于稳值;石英砂砾破碎后的粒度分布具有良好的分形特性,破碎分维数的数值大小反映了破碎量的变化,破碎量愈高,分维数愈大,并与Hardin破碎率有较为显著的线性关系。破碎分维数和Hardin破碎率与压应力之间分别存在着双曲线关系和半对数线性关系,因而通过压应力和土粒参数就可估计破碎分维数和破碎率。破碎分维数为粒状材料的颗粒破碎分析提供了一个新的量化指标。     

基于最紧密堆积理论超密实再生砂浆制备研究

再生混凝土或再生砂浆通常被认为力学和耐久性能较低,为研究再生水泥基材料性能,利用颗粒最紧密堆积理论,根据超细再生微粉和超细矿物掺合料颗粒粒径分布,将不同细度颗粒进行合理掺配,使胶凝体系最大程度上接近紧密堆积,制备出超密实再生砂浆,并计算粒径分布的分形维数,探讨其对抗压强度和孔隙率的影响。研究结果表明：最紧密堆积的混合料粒径分布具备分形特征,粒径分布的分形维数值越小,颗粒粒径分布越复杂,整体密实程度越高;粒径分布分形维数值较高的混合胶凝粉体,制备的试样早期强度较低。此外,利用最紧密堆积原理制备的超密实胶凝体系的孔隙率低于简单混合的胶凝体系试验组的孔隙率,孔径分布也更合理。     

黄土显微结构特征与震陷性

黄土的动力学性质与其微观结构有着密切的关系,而黄土显微结构特征因生成地质环境和应力历史的不同有较大差别,其中,架空孔隙的大小,颗粒粒径分布,颗粒类别均是黄土产生残余应变的主要内因,它们直接影响到黄土结构的力学稳定性。本文基于西安、宝鸡、山西、兰州、通渭、永登、会宁等地黄土的电镜照片,用图像处理软件获取相关参数,并将其与震陷系数进行对比分析研究,结果发现,架空孔隙面积,粒径偏斜度和粒径分布峰值与黄土震陷系数具有较好的相关性。为此,作者将架空孔隙面积与粒径偏斜度之和定义为表征黄土震陷性大小的“微结构特征参数”。进而结合对不同地区黄土孔隙排列方式、颗粒特点及其胶结程度等的分析,按照震陷性强弱提出了较为简单的黄土微结构分类方法。     

基于关联维数的黄土滑坡空间分布结构及其成因分析

 为定量探究区域滑坡空间分布结构,揭示不同规模类型区域滑坡分布模式异同,分析其异同原因,拓深对区域滑坡空间分布规律的认知,在建立黄土滑坡详细编录数据库的基础上,借鉴粒度分析理论,引入滑坡径级概念。采用关联维数、核密度和GIS空间分析方法,定量地分析不同径级上区域黄土滑坡空间分布结构及其形成原因。结果表明：(1) 径级50～75 m黄土滑坡所占比例最大,占到滑坡总数的28.87%;径级＞100 m黄土滑坡所占比例较小,占到滑坡总数的15.12%;(2) 各径级区域滑坡空间结构具有多分形特征,在30 km尺度上存在明显的拐点;在小于30 km尺度上区域滑坡各径级的关联维数随着径级规模增大而增加,分布模式由聚集分布逐渐过渡到分散分布,在大于30 km尺度上区域滑坡都呈现聚集分布状态;(3) 成因分析表明,黄土滑坡在发育过程中,更多是受地形地貌的影响,在遴选的3个分布模式主要影响因素中,距河流距离对区域黄土滑坡分布模式的影响最大,其次为地形起伏度,小规模滑坡在距河流距离近(地形起伏度小)的地方所占比例较高,而大规模滑坡在距河流距离远(地形起伏度大)的地方所占比例较高。坡度虽然是影响滑坡稳定性的重要影响因子,但对于分布模式的影响几乎没有。     

黄土节理表面形态及其分级研究

黄土节理在黄土地区广泛分布,节理表面形态对其强度及渗流等特性有重要影响。在大量野外调研的基础上,选取合适场地采集了典型天然黄土节理试样,利用轮廓曲线仪测量节理表面形态,绘制了节理面二维及三维轮廓曲线。然后运用统计学方法计算了节理表面特征参数,研究表明,节理表面的全坐标高度分布为高斯分布或准高斯分布。通过选取高度均方根z₁、峰点密度η、坡度均方根z₂三个参数,根据数据统计结果确定单因素分级范围,进而利用模糊数学方法综合评价节理表面形态,最终得到了所取天然黄土节理试样表面形态的综合特征参数R_j及分级结果。研究发现,对于同一场地,R_j值较为接近,表明同场地的节理表面形态具有相似性;经验证,特征参数R_j与黄土节理剪切强度具有较好的相关性,表明了分级的合理性。     

非金属矿粉的表面改性研究及应用

介绍了用钛酸酯偶联剂和硬脂酸对非金属矿粉进行表面改性的机理,分析了改性剂用量、改性温度、改性时间对碳酸钙的改性效果影响,以及最佳条件下的改性产品对PVC填充效果评价。     

含水量及冻融循环对阳曲黄土压缩特性的影响分析

压缩特性是黄土的重要力学特性,是季节性冻土区黄土工程设计的重要依据。为研究冻融循环和含水量变化对黄土压缩特性的影响,以山西阳曲1号隧道为背景,对不同含水量的黄土进行冻融循环后的系列试验。结果表明:冻融循环通过强风化作用于土中自由水,使得土中自由水发生了原位的冻胀融沉和迁移,破坏了土颗粒的胶结物质,改变了土样固体颗粒的粒径分布,粗颗粒减小,细颗粒增加。使得土体的孔隙比、干密度、体积均增加,压缩系数的变化与含水量和冻融循环次数正相关,压缩模量的变化与含水量和冻融循环次数反相关,压缩性增强。本文的研究结果可对阳曲甚至山西的黄土工程提供帮助。