百色膨胀土用作路堤填料的试验验证

基于膨胀土可以直接用作路堤填料的分类指标体系,在室内开展了3种不同膨胀土的物理性质、击实性状、强度特性试验研究,验证广西百隆高速公路膨胀土路段的膨胀土也可以直接用作路堤填料,并结合现场实体工程的效果验证用改进CBR值、改进CBR膨胀量和稠度3指标作为膨胀土路堤填料的分类指标体系的合理性。通过对标准CBR试验和改进CBR试验的对比,进一步验证了用改进CBR试验法评定膨胀土承载强度的合理性。由百色膨胀土的不浸水CBR试验,说明可以用封闭包盖对百隆路膨胀土路堤进行物理处治。实体工程中采用土性最差的1号膨胀土做填芯和用红黏土包边,得到的工程效果令人满意。由室内外试验结果,可以得出这3种百色膨胀土都可以直接用作路堤填料。

酸雨湿干循环作用下百色膨胀土裂隙发育规律及其微观机制

为弄清酸雨与湿干循环共同作用对膨胀土裂隙发育的影响,以广西酸雨重灾区的百色原状膨胀土为对象,室内设置高清照相机观测记录经不同酸雨与湿干循环作用后试验土样的裂隙发展,用Image-Pro Plus(IPP)图像处理软件获取土体裂隙特征参数,并采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射法研究试验过程中土样的微结构及化学成分演变。据此,从分析膨胀土叠聚体间微结构受力及裂隙发育演化2个方面,探究酸雨与湿干循环作用下土样的裂隙发育规律及其微观机制。结果表明:酸雨将促进试样裂隙发育,酸雨pH值越小,裂隙发展愈明显;相比中性水的湿干循环环境,湿干次数n=1、湿度为17%~18%的试样,在pH值为5和3酸液作用下,实测的裂隙面积率分别增大11.0%和69.1%;当n增至4、湿度为7%~8%时,试样裂隙面积率的增幅分别达17.3%和31.8%,可见酸雨与湿干循环的共同作用对试样裂隙发育的促进作用更加显著。微观对比分析得出,酸雨与湿干循环共同作用使土中胶结物质迅速流失,土粒间化学胶结力Pf、静电引力Pj和土粒自重Pz均减小,土样横截面的平均强度下降,导致叠聚体微结构由于相互引力的减小而逐渐分离,形成新的孔隙,且新孔隙将由表及里不断拓展,进一步引起土样结构中的含水率不均匀分布,并加快其脱湿速率,最终造成土中裂隙发育加剧。

酸性环境对百色膨胀土胀缩性能的影响及其微观解释

以广西酸雨重灾区百色膨胀土为研究对象,模拟不同酸性条件(pH值分别为3、5、7)开展无荷膨胀率、膨胀力与线缩率试验,研究酸雨对其胀缩性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)图像和X射线衍射(XRD)图谱分析了其微观结构与矿物成分,运用IPP图像处理软件定量分析了SEM图像中试样的微结构。研究结果表明:试样起始含水率降低时,酸性环境对其膨胀变形的促进作用加大;起始含水率由17%降至9%时,不同酸性环境下试样的无荷膨胀率之差变大,相比中性溶液,pH值为3和5的酸性溶液浸泡试样的无荷膨胀率增幅分别由20.6%和5.6%增至26.9%和7.0%;随着溶液pH值的减小,试样无荷膨胀率、膨胀力与线缩率均呈阶段性增长;相比中性溶液,pH值为3的酸性溶液浸泡试样的实测无荷膨胀率、膨胀力与线缩率分别增加了24.3%、37.5%和16.9%;环境酸性越强,试样水分蒸发的速度越快,脱湿至稳定时的含水率越低,受酸侵蚀土的孔隙数和尺寸随之增加;当溶液pH值从7分别降至5和3时,土体孔隙率由8.7%分别增至11.9%和19.4%,直径为3～5μm的孔隙数急剧增多;酸性环境使矿物结晶的程度变差,其中游离的SiO_2、Al_2O_3、K_2O、MgO和CaO等胶结物出现不同程度的溶蚀和淋滤,使原叠聚体间的结构联结强度减弱,由面面叠聚结构逐渐向边边结构演化,环境酸性愈强,这种演化趋势愈剧烈,直接导致膨胀土的胀缩变形增大。

基于GM(1,1)模型的膨胀土填料CBR指标快速确定方法

开挖膨胀土能否直接用作填料需跟踪开展CBR试验,而试件浸水需4 d将妨碍路堤填筑新技术的工程应用,有必要研究快速获取膨胀土CBR指标的方法。对百色膨胀土按改进CBR试验方法进行试验,设定不同时刻测试试件的变形和强度值,分析得到2指标的浸水时间效应及其变化规律;引入灰色理论中带1阶加权平均弱化缓冲算子的GM(1,1)模型,对测试结果做了指标值的预测和分析。结果表明,用浸水1 d试件的膨胀变形实测值可预测其浸水4 d的实际值,精度能满足工程要求且偏安全。据此,总结并提出膨胀土填料的改进CBR指标快速确定方法。

膨胀土改进CBR膨胀量的浸水时间效应

CBR膨胀量是新的膨胀土填料分类分级三大指标之一,有关其浸水时间效应还少有研究。为获得浸水时间对CBR膨胀量的影响,将4种制件含水率的百色膨胀土试件分别浸水4 d和7 d,按设定的不同时刻观测其变形量。结果表明:随着制件含水率增大,改进CBR膨胀量减小,试件60%以上的膨胀变形在第1天发生;浸水4 d后,试件并未饱和,各试件间平均含水率相差较大;浸水7 d时,试件早已达饱和状态,且各平均含水率相当接近。试件的制件含水率越低,膨胀变形早期增长速率越高,达到饱和所需时间越短,浸水4 d的平均含水率也越高;试件浸水后不同深度处平均含水率的最大值均在顶面出现,最小值出现在中间层。