木质素加固黄土的工程性能试验研究

黄土的水稳性较差,遇水容易产生崩解破坏,可造成黄土地区建筑物失稳。采用无侧限抗压强度试验、湿化崩解试验、单轴拉伸试验、三轴压缩试验和渗透试验,对木质素磺酸盐固化黄土的工程性质进行试验研究,探讨木质素磺酸盐加固黄土的可行性。试验结果表明,木质素磺酸钙可以改善黄土的工程性能,而木质素磺酸钠则相反;随着木质素磺酸钙掺量的增加,固化土的抗压和抗拉强度先增加后降低;含水率越小,密度越大,则固化土的强度越大;随着养护龄期的增长,固化土的强度先增加,而后趋于稳定。黄土在掺入木质素磺酸钙后,黄土的崩解特性显著改善,在掺量为1.0%和养护龄期为7 d时,几乎不发生崩解。木质素磺酸钙掺入土体后,渗透性降低。研究表明,木质素磺酸钙可显著改善黄土的工程性能。在工程应用中,建议在黄土中掺加1.0%的木质素磺酸钙,养护7 d。结合扫描电子显微镜观察,进一步分析木质素磺酸钙对土体工程性能产生影响的作用机制。木质素磺酸钙加固黄土的机制主要在于胶结土颗粒与填充孔隙两部分。

分散性土单轴抗拉强度影响因素试验研究

为准确测定土体的抗拉强度,采用自行研制的制样模具和电动式单轴拉伸仪,对分散性土单轴抗拉强度影响因素及其断裂机理进行分析研究,并以非分散性土和过渡性土作为对照。试验结果表明:试样长径比取2.5,拉伸速率取0.8 mm/min可有效避免端部效应和自重影响。分散性土、非分散性土和过渡性土的单轴抗拉强度随含水率的增大而减小,随压实度和黏粒含量的增大而增大,其变化趋势基本相同。与非分散性土和过渡性土的单轴抗拉强度相比,分散性土的单轴抗拉强度显著低于非分散性土和过渡性土。究其原因,主要是分散性土中含有一定量的钠离子和pH较高,使得土颗粒表面的扩散双电层厚度增加,颗粒间的引力降低,斥力增大,宏观表现为单轴抗拉强度降低。

BCS土壤固化剂固化土的耐久性研究

【目的】确定BCS土壤固化剂的最佳掺量,分析BCS土壤固化剂对土壤的加固机理,探讨增强固化土耐久性的方法。【方法】选用陕西杨凌的黄土,按黄土质量加入12%的水泥及不同掺量的BCS核心材料,并按0.6%的BCS核心材料掺量,在黄土中加入不同质量比的水泥基BCS固化剂,通过抗压试验分析确定最佳的BCS核心材料掺量和最佳的BCS固化剂掺量。采用无侧限抗压试验、渗透试验、水稳性试验、干湿循环试验、冻融循环试验等研究固化土的耐久性,采用扫描电子显微镜(SEM)观测BCS固化土的微观结构和水化产物,分析BCS固化剂的作用机理。【结果】BCS土壤固化剂核心材料的最佳掺量为水泥质量的0.6%;固化剂水化产物中主要有纤维状和网状的水化硅酸钙凝胶(C-S-H)、六方棱柱型的三硫型水化硫铝酸钙晶体(Aft)以及片状或叠片状的氢氧化钙晶体(CH);固化土的渗透系数较水泥土略低,最低可达3.8×10-8 cm/s;固化土的水稳系数随着固化剂掺量的增加而降低,随着龄期的延长而升高;干湿循环后固化土的强度有所下降,强度损失率最高可达19.8%,但其强度随着固化剂掺量的增加而增大;采用硅酸钠、氢氧化钠或饱和石灰水进行养护,可有效提高固化土的抗冻融循环次数。【结论】与水泥土相比,BCS固化土的工程性能有所提高,采用饱和石灰水养护可显著增强固化土的抗冻性能。

盐溶液浸泡养护固化土的耐久性分析

基于改善固化土养护环境的思路,提出了用硅酸钠、硫酸钠和氢氧化钠的混合溶液以及饱和石灰水养护固化土,以期达到提高固化土的耐久性,延长固化土使用寿命的目的。通过无侧限抗压强度试验、干湿循环试验、冻融循环试验以及扫描电子显微镜试验对两种盐溶液养护进行了对比研究。试验结果表明,硅酸钠、硫酸钠和氢氧化钠的混合溶液养护与饱和石灰水养护均可提高固化土的强度、抗干湿循环以及抗冻融循环的耐久性;硅酸钠、硫酸钠和氢氧化钠的混合溶液养护对强度和耐久性的提高优于饱和石灰水养护;微观结构分析表明,两种溶液养护固化土生成了较多致密的凝胶物质,增加了黏聚力,降低了孔隙率,减少了大孔隙。

分散性土改性剂对土的分散性和抗拉强度的影响

采用针孔试验、碎块试验和单轴拉伸试验,研究分散性土改性剂对土的分散性和抗拉强度的影响。分散性土改性剂由氯化铝、三氯乙酸和聚丙烯酰胺等材料组成,其中氯化铝和三氯乙酸可改善化学性分散性土,而聚丙烯酰胺可改善物理性分散性土。试验表明:随着改性剂含量的增加,土的分散性降低,抗拉强度提高。对于化学性分散性土,氯化铝质量分数≥0.3%时,土样由分散性土转变为非分散性土;随着氯化铝含量的增加,抗拉强度增加幅度逐渐变缓;三氯乙酸质量分数≥0.9%时,土样由分散性土转变为非分散性土;在三氯乙酸质量分数为0.9%时,土体抗拉强度达到最大值。对于物理性分散性土,聚丙烯酰胺质量分数≥0.2%时,土样由分散性土转变为非分散性土。研究表明:分散性土改性剂不仅可有效改善土的分散性,而且土的抗拉强度可提高30%~70%;分散性土改性剂的作用机制主要在于通过改性剂与土体发生一系列物理化学反应,氯化铝通过降低土体的碱性和增加土体中高价阳离子的含量而达到改性化学性分散性土的目的;三氯乙酸通过降低土体的碱性而减少化学性分散性土的分散特性;聚丙烯酰胺掺入土体可促进团粒结构的形成,提高物理性分散性土的抗冲蚀性。此外,随着含水率的增加和压实度的降低,土的抗拉强度降低。

循环剪切方向对饱和软黏土动静力特性的影响

地震中土层运动是复杂的多维运动,土体遭受水平两方向的剪切作用,两方向剪切在大小和方向上相互耦合。针对上述问题,采用多向循环单剪系统(VDDCSS),研究循环剪切方向和剪应变幅值γ对软黏土剪切过程中剪切模量G和孔压u的影响。试验结果表明:由于土样的各向异性,不同方向的G是不同的;小γ下剪切作用会使下一次其他新方向的G稍微增大;大γ下剪切方向的变化会促进G的衰减(最多为单向剪切G衰减量的1.51倍),也会促进剪切过程中u的增大(最多为单向剪切u增加量的1.67倍);存在一个剪应变特征值γs,即当γ≤γs时,剪切作用会使其他新方向的G稍微增大,反之无此现象;剪切方向对G和u的影响程度随γ的增大而先增后减,剪切方向的变化极大地影响了循环孔压周期幅值uamp的发展;当0.1%<γ<2.0%时,再固结轴向变形△Hrc/H随γ的增大而增大,剪切方向使△Hrc/H在小γ下达到单向剪切时大γ时的值;当γ≥2.0%时,2种剪切方式下△Hrc/H趋于一致。

土-水-电解质系统作用下黏性土的分散性研究

双电层理论表明黏性土的分散性受水溶液中的阳离子种类和浓度影响。通过配制含有不同阳离子和浓度的电解质溶液，采用针孔试验、碎块试验、崩解试验对非分散性土、过渡性土和分散性土进行试验，研究了土．水-电解质系统作用下黏性土的分散特性。试验结果表明，非分散性土在一定范围内的碱性钠离子溶液中呈现过渡性或分散性土的特征；分散性土和过渡性土随着溶液中电解质浓度的增加，分散性逐渐减弱。在去离子水中，随着土体分散性的增强，其崩解速度逐渐降低，完全崩解时间延长。非分散性土在不同电解质溶液中其崩解速度和在去离子水中的崩解速度基本相同，但分散性土的崩解速度随着溶液中电解质浓度的增加，崩解速度逐渐加快，完全崩解时间缩短，其崩解特性逐渐呈非分散性土的崩解特性。分散性土最显著的崩解特点是具有突变点，突变点位于崩解量的20％-40％之间，超过突变点则分散性土在极短的时间就会崩解完全。研究结果说明，黏性土的分散特性随着外界介质环境的改变而改变。在实际工程中可以通过局部改变渗流水的溶液浓度改变黏性土的分散性；此外，崩解试验说明分散性土的崩解流失过程具有突变性，在突变点以后崩解流失加快，很容易造成水利工程的快速破坏。