铁离子作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制

为探究重金属Fe 3+作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制,以不同浓度Fe 2(SO 4)3溶液作用的饱和膨胀土为对象,开展干湿循环裂隙试验、扫描电镜(SEM)试验与X射线衍射(XRD)试验,研究Fe 3+作用下膨胀土干湿循环裂隙、微观结构和矿物成分的演化规律及机制。结果表明:相同干湿次数下,随Fe 3+浓度增加,土体裂隙面积率下降;随干湿次数增加,相同浓度土体裂隙面积率总体上升;Fe 3+作用下,粒间孔隙波动性微变,黏土矿物晶体结构损伤,晶层间距减小;干湿作用后,粒间孔隙剧增,土体结构破坏,晶体损伤加剧。总结出Fe 3+作用下膨胀土干湿循环裂隙演化机制为:水分子在土体内反复迁移,劣化土体结构,形成拉应力,导致裂隙产生;Fe 3+则在一定程度上缩小颗粒间距,增强抗拉强度,降低拉应力,抑制了裂隙发育。

氯化钙溶液对红黏土渗透系数变化的影响

为探究CaCl_(2)溶液对红黏土渗透系数的影响,通过X射线衍射(XRD)试验、渗透试验、热分析试验和扫描电镜(SEM),对红黏土试样受不同浓度(0.0、0.1、0.3、0.5、1.0 mol/L)的CaCl_(2)溶液饱和后的渗透性进行了试验分析。结果表明:当孔隙溶液浓度从0.0 mol/L增加到0.5 mol/L时,红黏土的渗透系数先降低后升高;此后随着孔隙溶液浓度的增加,渗透系数呈下降趋势;利用热分析试验,得到红黏土在加入不同浓度CaCl_(2)溶液后强结合水的含量,其强结合水含量的变化与红黏土渗透系数的变化有着紧密的联系;利用扫描电镜(SEM)观测了不同浓度CaCl_(2)溶液下土样的微观结构,Ca^(2+)增大了红黏土矿物结合水膜厚度,导致土的有效孔隙减少,从而降低了土体的渗透性。该研究成果可为红黏土作为隔离墙隔离污染物提供数据参考。

重金属Cu^(2+)驱动下红黏土土体压缩变形机制

采用浓度为0、2.5、5.0、10.0g/L的CuSO_(4)溶液配制污染土,开展固结试验、热分析试验和扫描电镜(scanning electron microscopy,简称SEM)试验,分析红黏土受重金属Cu^(2+)污染后的压缩变形特性机制。结果表明:红黏土的压缩系数和总压缩变形量的变化与土中孔隙水(自由水、弱结合水、强结合水)含量的变化趋势相同,都随着Cu^(2+)浓度的增加呈现先降低后升高的趋势。黏土中土颗粒之间的结构连结主要以吸附水膜接触为主,Cu^(2+)改变了土中孔隙水的水膜厚度,导致孔隙水的含量发生变化;水膜变薄,土颗粒间的距离缩短,土体的结构强度越高,土体抵抗压缩变形的能力就越大。随着Cu^(2+)浓度的增加,土体微观结构由松散的块状、片状单元体逐渐演化为面-面接触的叠聚体;当Cu^(2+)浓度增至10.0g/L,开始出现鳞片状的单元体,单元体间的接触方式以点-点接触和边-面接触为主,土颗粒间的凝聚力变差,土体结构稳定性降低。

Pb^(2+)污染对红黏土变形特性影响分析

为探索重金属Pb^(2+)侵入对红黏土变形特性的影响,以广西桂林红黏土为研究对象,对受不同Pb^(2+)浓度污染的红黏土试样开展相对密度试验和固结试验。结果表明:随着Pb^(2+)浓度的增大,红黏土的相对密度增大,相应的孔隙比也会增大;固结试验结果表明:Pb^(2+)污染后红黏土的压缩系数在低浓度、低压力时比高浓度、低压力的大,这表明Pb^(2+)的侵入对减弱了红黏土抵抗变形的能力;在50 kPa下0.05 mol/L Pb^(2+)溶液污染后红黏土的压缩模量比未污染红黏土降低了67.2%。此外采用Zate电位试验并结合Gouy-Chapman扩散双电层理论得出:Pb^(2+)污染后,红黏土扩散层的电位减小,这是由于渗透压力和离子间的作用力使Pb^(2+)进入扩散层,致使其价态和浓度升高,所以红黏土扩散层厚度随着Pb^(2+)浓度的增加在不断减小。红黏土的电位值随Pb^(2+)浓度增大而减少,并且曲线逐渐趋于平缓,扩散层厚度的减小也随之趋于平缓。

碱污染下红黏土强度指标变化的微观角度分析

为了研究碱性环境条件下桂林红黏土强度指标变化机制,对不同质量分数NaOH溶液污染下的红黏土开展直剪试验、物化分析试验、颗粒分析试验以及比表面积试验,进而探究地基土体宏观力学指标与微观结构之间的关系。研究结果表明:随着NaOH质量分数的增加,黏聚力逐渐增大,内摩擦角逐渐减小。随着孔隙溶液中Na^(+)质量分数的增加,微小土颗粒向黏粒转化,使黏粒质量分数增加,黏聚力增加。Na^(+)的加入引起土体内部孔塌陷,造成比表面积减小,黏聚力提高。本文从微观层面-矿物成分、土粒尺度和比表面积角度,分析了碱污染下红黏土强度指标变化的机理,发现碱污染状态下红黏土矿物成分被腐蚀引起颗粒内部孔塌陷,部分更微小的胶粒颗粒转化为稍大的黏粒颗粒,从而造成单位质量内土的比表面积减小。

KCl溶液对红黏土骨架结构与抗剪强度影响的试验研究

为深入探究KCl溶液引起红黏土力学性质发生改变的原因,对不同浓度(0.00,0.01,0.10,0.30、0.50、1.00 mol/L)KCl溶液污染后的红黏土开展了热分析试验、渗透试验和直剪试验,得出红黏土结合水失重温度区间和结合水含量、渗透性及抗剪强度的变化规律。结果表明:随着KCl溶液浓度的增加,红黏土中含量增多,由于红黏土颗粒表面负电荷紧密吸附着阳离子,引起红黏土颗粒表面Zate电位增加,使得固定层中对扩散层中排斥作用变大,扩散层厚度变厚,导致土中弱结合水的失重温度区间减小,强结合水的失重温度区间增大;红黏土孔隙溶液中随着KCl溶液浓度的增加,引起红黏土颗粒表面负电荷与KCl溶液中的K+相互作用,导致结合水含量增加,且主要改变弱结合水含量;随着红黏土中结合水含量增加,土中黏滞阻力变大,导致红黏土渗透性变弱和抗剪强度降低。本研究结果可为改良红黏土工程性质提供参考依据。