基于胀缩总率的红黏土路基化学改良设计研究

红黏土因其独特的物理和化学性质在土木工程中有着广泛应用,但其明显的胀缩性对工程结构,特别是路基建设,构成了挑战。本研究旨在通过掺灰技术,找到有效减少红黏土胀缩性的方法,以提高其作为路基材料的性能。通过一系列试验室测试,本研究探索了不同掺灰比例对红黏土胀缩性能的影响。结果表明,6%的掺灰比例最为有效,显著降低了红黏土的胀缩总率,改善了其结构性能。然而,本研究也揭示了一些局限性,特别是关于试验室条件与现场应用之间的差异,以及缺乏对改良后材料长期性能的评估。未来研究需要更全面地考虑这些因素,进行现场试验和长期性能评估,同时探索可能的其他改良技术。本研究的发现对于理解掺灰技术在红黏土改良中的应用,以及指导相关土木工程项目具有重要意义。

高掺量磷石膏稳定红黏土胀缩特性

为研究高掺量磷石膏稳定红黏土胀缩变形特性,改变以往磷石膏和水泥作为外掺固化剂改良土的研究思路,把磷石膏和红黏土作为主要原材料,以水泥含量5%,磷石膏和红黏土比例1∶1、1∶2、1∶3的配比制作试样,研究不同含水率、不同压实度下素红黏土和磷石膏稳定红黏土胀缩变形特性。结果表明:素红黏土绝对膨胀率在0~3 h线性增加,3 h后基本达到稳定;磷石膏稳定红黏土绝对膨胀率在0~3 h缓慢增加,变形量小于素红黏土,3 h后变形量持续增加,在2 d左右超过素红黏土,表现出更大的膨胀性,膨胀稳定时间为10 d左右;磷石膏水泥稳定红黏土混合料绝对膨胀率相较于素红黏土膨胀变形具有滞后作用,磷石膏和水泥的掺入可以有效降低混合料前期的膨胀变形,且同一含水率条件下,磷石膏掺量越低,绝对膨胀率越大;磷石膏稳定红黏土初始含水率越低,绝对膨胀率越大;磷石膏稳定红黏土和素红黏土线缩率随含水率、压实度的增大而增大;水平收缩率随含水率的增大而增大,随压实度的增大而减小;相同含水率和压实度下,磷石膏水泥稳定红黏土线缩率大于素红黏土,水平收缩率小于素红黏土;高掺量磷石膏稳定红黏土7 d龄期无侧限抗压强度能够满足规范对二级及以下公路底基层水泥稳定材料强度的要求,但其膨胀变形较大,且稳定时间较长;建议在磷石膏水泥稳定红黏土中掺外加剂进一步研究以减小其膨胀变形。

微生物改良膨胀土的胀缩性及耐水性试验研究

为了探索微生物诱导碳酸钙沉淀技术对膨胀土的改良效果,开展了微生物改良膨胀土的胀缩试验、崩解试验和冲刷试验,分析了微生物固化对膨胀土的自由膨胀率、无荷载膨胀率、有荷载膨胀率、收缩率、收缩系数、缩限和耐水性的影响。研究结果表明,随着微生物诱导生成的碳酸钙含量的增加,膨胀土的膨胀率、收缩率、崩解量、冲刷量均有明显降低;总体上,养护前7 d各项指标降低迅速,养护15 d之后变化较小。

干湿循环条件下木质素改良膨胀土胀缩特性

实地调查发现河南省南阳市南阳盆地周边受持续降雨、干旱极端气候影响,出现了房屋破坏、边坡失稳等膨胀土灾害问题,危害人民财产生命安全。以南阳盆地弱膨胀土为研究对象,通过自由膨胀率试验,研究木质素磺酸钙改良弱膨胀土的最佳掺量问题,并在最佳掺量的基础上对试样进行无荷膨胀和收缩试验,进一步研究干湿循环条件下木质素磺酸钙对弱膨胀土胀缩特性的影响,结合试验过程中试样的裂隙发展规律,探究干湿循环条件木质素磺酸钙改良弱膨胀土胀缩特性的原因。试验结果表明对于弱膨胀土,木质素磺酸钙掺量在0.75%、养护天数14 d时改良效果最佳,此时改良土自由膨胀率最低。干湿循环条件下的无荷膨胀和收缩试验数据显示改良前后弱膨胀土绝对膨胀率最高由29%降至3%,绝对收缩率最高由17%降至2%,改良土相对膨胀率与相对收缩率基本不随干湿循环次数发生变化,说明木质素磺酸钙可以有效降低干湿循环过程中弱膨胀土的胀缩形变,保持干湿循环过程中弱膨胀土胀缩特性的稳定,且木质素磺酸钙的改良效果不受干湿循环次数的影响。对比未改良土与改良土裂隙发展规律,木质素磺酸钙在弱膨胀土中主要起到抑制裂隙发育,提高土体胶结能力的作用,使土体形成更致密的结构,改善弱膨胀土胀缩特性。

红黏土、石灰复合改良千枚岩土胀缩特性研究

为降低千枚岩土的膨胀率和红黏土的收缩率,笔者提出了一种物理-化学联合改良千枚岩土的方法,设计红黏土质量掺和比为0、20%、40%、60%、80%和100%,石灰质量掺量为0、3%、5%和8%共计24种不同组合改良方案。通过全风化千枚岩复合改良土胀缩性试验,分析了复合改良土的胀缩特性,并从微观角度解释了红黏土、石灰复合改良千枚岩土胀缩特性的机理。试验发现自由膨胀率演化规律与无荷膨胀率相似,膨胀率随红黏土掺和比的增加而降低,随石灰掺量增加,膨胀率先快速下降后趋于稳定,得出石灰优化掺量为3%。掺入石灰后的膨胀力随红黏土掺和比先降低后增大,红黏土掺和比60%时达到最低。当石灰掺量>3%时,改良效果较石灰掺量3%时提升不显著。土样线缩率随红黏土掺和比的降低、石灰掺量的增加而减小,且石灰掺量>3%时降幅较小。综合收缩试验结果可知:千枚岩土降低红黏土收缩变形效果优于石灰;各石灰掺量下,缩限皆随红黏土掺和比的增加先降低后升高,在红黏土掺和比约40%时达到最低;综合胀缩试验结果,建议优化掺量为红黏土掺和比40%~60%、石灰掺量3%,此时自由膨胀率降低24%~26%,无荷膨胀率降低25.9%~27.0%,膨胀力降低639~593 kPa,线缩率降低0.7%~0.8%。

初始含水率对膨胀性红黏土胀缩及崩解特性的影响

为研究膨胀性红黏土胀缩及崩解特性,开展了不同初始含水率下红黏土的胀缩和崩解试验,利用视频照片与扫描电子显微镜(SEM)从细微观角度分析了产生崩解差异性的原因。本文以甘肃庆阳的某高速铁路隧道红黏土为例,以5%为含水率变化梯度,研究了3%、8%、13%、18%含水率下弱膨胀性红黏土的胀缩、崩解变化及其微观机制与分维特性。结果表明:膨胀总率与含水率呈分段函数关系,含水率在11.6%时胀缩变化最小;含水率越低其崩解时间越早且速度较快,崩解裂隙度随浸水时间具有快速增长、缓慢增长、趋于稳定的规律,3%含水率时裂隙度最高可达4.6,而最大裂隙宽度则随着浸泡时间呈现先增大后减小的趋势;低含水率下较分散的凝聚体单元和较高含量的微孔隙是导致宏观结构破裂的主要原因,孔隙分形维数与含水率成二次函数正相关关系,分形维数越低其结构破裂越快、泥化程度越高,崩解也更完全。

成都地铁17号线东延伸段膨胀土胀缩变形力学特性

为了研究成都地区典型膨胀土深基坑的支护参数,采用现场调研、室内试验、数据分析和现场监控量测等方法,以成都地铁17号线二期东延伸段威灵站深基坑工程为例,开展膨胀土的自由膨胀率、无荷载膨胀率及膨胀力等胀缩变形力学特性研究。结合现场施工监控量测分析,研究了各施工步骤下基坑的支护桩水平位移、断面支撑轴力和地面竖向位移的情况。研究结果表明:(1)该地区膨胀土主要分布在地下5~10 m深度处,主要为弱膨胀土,自由膨胀率在50%以内;(2)试验土样的无荷载含水率与含水率有较大的关系,遇水后的无荷载膨胀率随着土样含水率的增加而降低;(3)随着土体含水率的增加,试验土样的膨胀力呈线性降低趋势;(4)随着基坑的开挖,支护桩的水平位移逐渐增大,其主要发生在第1道支撑和第3道支撑之间,桩体主要向基坑内侧偏移,少部分向基坑外侧偏移;(5)支撑轴力出现过大的现象,当开挖至轴力监测点ZL32-3支撑位置时,ZL32-1测点处的支撑轴力超过设计值约50 kN;(6)从地面竖向位移监测结果来看,该工程深基坑开挖支护设计总体可控。

膨胀土胀缩与改性机理研究进展

文章在总结膨胀土胀缩机理的基础上,综述了近年来膨胀土的改性方法包括化学改性法、物理改性法、生物改性法及复合材料改性法的研究现状,分析了此领域研究及实际工程应用中亟待解决的问题,提出了改性方法与技术相关建议,以期为改性膨胀土的研究及膨胀土地区的工程应用提供相应的参考。

北疆供水一期工程膨胀土不同循环模式条件下的胀缩特性

为深入探讨北疆供水一期工程膨胀土渠坡胀缩机理,通过对膨胀土进行了3种不同循环模式条件下的无荷膨胀率、有荷膨胀率和收缩试验,从宏观角度分析了其胀缩特性规律,并采用扫描电镜试验从微观上揭示其物理机制。结果表明:膨胀土的膨胀变形随时间的延长可分为快速、匀速及稳定3个阶段,膨胀变化主要集中在快速膨胀阶段,上覆荷载越大,有荷膨胀率越小,上覆压力抑制了膨胀土的吸水膨胀作用;随着循环次数的增加,无荷膨胀率、有荷膨胀率和线缩率均呈逐渐减小的趋势,第5次循环后逐渐趋向于稳定值,其中干湿-冻融循环减小幅度最大,干湿循环次之,冻融循环最小。微观机制方面,试样经过循环后,土体孔隙和颗粒总数呈逐渐增大趋势,颗粒总面积等微观指标逐渐减小;土颗粒大小及含量是影响胀缩性的主要因素,循环作用影响黏土颗粒的大小、含量及排列等因素的变化,其中干湿-冻融循环颗粒总面积变化程度最大,膨胀土试样胀缩变化程度最大,冻融循环对微观结构影响最小,膨胀土试样胀缩变化程度最小。

胶体氧化物对红黏土微观结构和胀缩性的影响

红黏土中胶体氧化物与黏土矿物之间的交互作用是影响土体微观结构与胀缩性的主要因素。采用选择性化学溶解法除去原状红黏土中存在的胶体氧化物,通过胀缩性试验、粒度分析、压汞、SEM等方法,探讨了胶体氧化物对土体微观结构和胀缩性的影响。试验结果表明:胶体氧化物以包膜形式附着在黏土矿物表面;去除胶体氧化物后土体微观结构发生了显著变化,表现为包膜消失导致土体结构连结变差、团聚现象减弱,颗粒分散程度增大,微孔减小和小孔增加。此外,去除胶体氧化物后土体相对密度、最优含水率、最大干密度、液塑性、自由膨胀率、线缩率等物理参数皆有所减小。研究成果正确认识了红黏土特殊的物理特性,丰富了红黏土相关基础理论。

雷州半岛胀缩土地裂缝及其成因机理

本文简述了雷州半岛胀缩土地裂缝的特征及分布发育规律;分析了胀缩土地裂缝的 成因,认为雷州半岛胀缩土地裂缝的形成发育是胀缩土以及气候、植被、地形地貌、水文地质作 用等因素综合作用的结果,其中胀缩土含大量的亲水矿物和失水产生向心收缩的特性从而成为 地裂缝成生发展的内因,而特定的气候、植被、地形地貌、水文地质作用等外部环境条件则是导 致胀缩土失水和发展形成地裂缝的重要外因。桉树是一种吸水-蒸腾能力极强的树种,树根的 干燥作用是导致了林区土体干燥-收缩和形成收缩应力场及在林地边缘产生地下暗裂缝的关 键因子,而极端的干旱气候环境和久旱后第一场大暴雨则是暗裂牵动式胀缩土地裂缝发育形成 不可或缺的因素。胀缩土地裂缝灾害应重在预防,有关的策略包括防水保湿、科学植树、建筑设 计和地基处理、科学选址。

冻融循环作用下水泥改良膨胀土力学性能和胀缩特性研究

为获取冻融循环作用下水泥改良膨胀土的力学性能及胀缩特性,开展水泥改良膨胀土体积变化率、膨胀试验及无侧限抗压强度试验研究,分析不同养护龄期、不同冻融循环次数下改良膨胀土体积变化率、自有膨胀率及无侧限抗压强度的演化规律,并通过扫描电镜(SEM)试验分析改良前后及15次冻融循环后改良膨胀土微观结构的变化。结果表明,冻结温度越低,水泥改良膨胀土的体积变化率与自有膨胀率越大;养护龄期越长,水泥改良膨胀土的体积变化率、自有膨胀率越小,无侧限抗压强度越大;同一养护龄期下,随着冻融循环次数增加,水泥改良膨胀土的体积变化率、自有膨胀率及无侧限抗压强度均明显减小。水化作用与填充作用是水泥改善膨胀土膨胀性能及力学性能的主要原因,水泥改良膨胀土内部微观孔隙在冻融循环作用下贯通融合成微观裂隙并急剧发育,是冻融循环作用下改良膨胀土无侧限抗压强度减小的根本原因。

膨胀土胀缩性与裂隙性的湿干循环效应

以压实度分别为100%、95%、90%、85%、80%的荆门黄褐色中膨胀土为研究对象,开展8次湿干循环试验,探索湿干循环过程中膨胀土的体积-裂隙-持水变化规律。结果表明:(1)历经3~7次湿干循环后,膨胀土的体积变化、含水率变化基本可逆。(2)随湿干循环次数增加,膨胀时程曲线、收缩曲线上移,表明湿干循环导致试样体积增大。膨胀稳定时间随湿干循环次数增加而减少,随制样压实度降低而减少。(3)试样脱湿完成后的裂隙面积随湿干循环次数增加而增大,5~6次湿干循环后,裂隙面积趋于稳定。历经足够多次湿干循环后压实中膨胀土裂隙率参考值为7%~10%。(4)每次脱湿完成后浸水,试样裂隙愈合;其中,前4次湿干循环,裂隙完全愈合。

改性膨胀土胀缩变形的研究进展

膨胀土因其吸水膨胀、失水收缩的特性往往会对工程结构造成不可逆的损伤,改性膨胀土便是通过添加改性材料来改变其微观结构与力学性质,改善土体的胀缩特性,解决因胀缩变形而引发的膨胀土结构破坏问题。在以往的研究中,国内外学者通过对膨胀土力学性质与内部结构的探索,逐步建立起了以晶层扩张理论和双电层理论为主流观点的膨胀土胀缩机理,并采用物理、化学、生物(MICP技术)等单向或多种方法复合的方式对膨胀土的胀缩性质进行改良。将改良的原料慢慢地转向了煤矸石、粉煤灰等大型工业废料,取得了显著的研究成果,亦符合现代的绿色健康和可持续发展的理念,在积极改善了土体结构性质的同时,为我国工业废料的二次利用也提供了一个不错的解决方案。

干湿交替条件下膨胀围岩胀缩规律的试验研究

为研究干湿交替条件下膨胀围岩的胀缩演变规律,利用南宁地区的膨胀土制作了膨胀土隧道物理模型。通过对隧道模型进行五个循环的干湿交替试验,得出了围岩在吸水及失水条件下的应力—时间关系曲线,并对围岩在吸水及失水过程中的力学响应及行为表现进行了分析与描述。结果表明:随循环次数的增加,各应力—时间关系曲线趋于平缓,各阶段围岩应力变化值呈减小及各阶段循环所耗时间呈逐渐短化的趋势。说明干湿交替作用,使围岩的胀缩能力减弱,渗透性提高。此外,在围岩湿胀引起的洞周总围岩应力增加值中,底板处最大约为40kpa,因此在隧道设计和施工时应注意底板的变形。

基于胀缩特性的沥青混凝土路面稳定性研究

为探究高速公路主线4 cmAC-13C改性沥青混凝土路面胀缩特性,文章采用70号A级道路石油沥青、斜交轮胎粉碎物、碎石和矿渣作为改性沥青混凝土制备材料,通过McDonald湿法制作橡胶掺量分别为10%、20%、30%的改性沥青混凝土试样进行收缩实验与膨胀实验。结果表明:30%橡胶掺量下的试样具有最低的位移值,更能够控制沥青混凝土的收缩情况;在不同龄期下,30%橡胶掺量沥青混凝土的膨胀率始终最低,说明30%橡胶掺量改性沥青混凝土的热稳定性更好。

胀缩土的特性因素及胀缩性判别指标

基于影响胀缩土特性的多种因素,判别粘土的胀缩性需综合采用岩性特征、蒙脱土矿物含量、阳离子比表面积、阳离子交换量、液限和自由膨胀率等6项指标。

干湿循环作用下膨胀土表观胀缩变形特性

为揭示不同上覆压力及含水率幅值条件下膨胀土胀缩特性及表观不可逆变形,开展了干湿循环作用下膨胀土表现胀缩变形特性试验研究.从微观的角度分析了膨胀土吸水膨胀、失水收缩的特性及产生裂隙的原因;探讨了不同压力及含水率循环幅值条件下,膨胀土试样高度、相对膨胀率、相对线缩率、随含水率及循环次数的变化关系以及试样表观相对不可逆变形量与累计不可逆变形量随循环次数的变化关系.研究结果表明:膨胀土吸水膨胀失水收缩是土颗粒间水体变化叠加的直观反应,也是土体内部产生裂隙的主要诱因;膨胀土失水收缩过程中,基质吸力以最大程度限制含水率减小的方式逐渐增大;不同压力作用下,试件高度随含水率呈线性变化关系,而无压力作用下的变化关系波动较大;随着循环次数的增加,膨胀土相对膨胀率逐渐减小,而相对线缩率先增大后减小,且上覆压力越大,相对膨胀率越低;不同含水率幅值范围内的相对膨胀率与相对线缩率随着循环次数的增加具有逐渐减小的趋势;不同压力作用下,含水率为15%时,膨胀土的累计不可逆变形随着循环次数的增加逐渐增大,而在含水率为25%时其反而逐渐减小.

广西红粘土击实样强度特性与胀缩性能

通过对广西贵港红粘土重型击实样的室内试验研究,探讨了其力学特性、胀缩性能、孔径分布特征与含水量之间的关系。结果表明:干密度指标总体上能反映红粘土击实样的强度规律,但非饱和击实样强度峰值对应的含水量因基质吸力作用而偏小,饱和后土体由于吸水膨胀与基质吸力的消失,使得强度峰值对应含水量较饱和前明显增大,红粘土在最优含水量下压实,虽可获得很高的压实度,但饱和后的强度并非最大;红粘土击实样的胀缩性能主要由含水量决定,同时,受到干密度的影响;孔隙主要以孔径在0.01～0.05μm范围内的小孔隙为主,为进一步掌握红粘土的工程力学特性提供了帮助。

高庙子膨润土的胀缩变形特性及其影响因素研究

以高庙子钠基膨润土为对象,研究了干密度、竖向压力、浸泡液体、吸湿方式对其膨胀变形的影响,探讨了浸泡液体变化引起的渗析变形以及加卸载循环中的变形规律。试验表明膨润土的水–力–化学耦合作用非常复杂:干密度、竖向压力、浸泡溶液及其浓度均对膨润土的膨胀变形有显著影响;无荷状态下,饱和蒸气吸湿与浸水饱和两种方法得到的膨胀变形存在巨大差异;先在氯化钠溶液、再在蒸馏水中浸泡的试样的膨胀变形小于直接在蒸馏水中浸泡的试样的膨胀变形。浸泡液体由氯化钠溶液调整为蒸馏水,试样膨胀;而由蒸馏水换为氯化钠溶液,试样则压缩。在高浓度盐溶液中浸泡的初始干密度低的试样,浸泡液体调整为蒸馏水后,初始可产生压缩变形。加卸载循环中的规律比较独特,既表现出塑性压缩变形,亦存在塑性膨胀变形,用巴塞罗那膨胀土模型对其进行了解释。