荷载条件下原状与重塑泥岩渗透性试验研究

为模拟地基土普遍受上覆荷载等实际情况,研制了可加载渗透仪。文章以兰新铁路第二双线一处典型膨胀泥岩为研究对象,进行了原状土和重塑土不同荷载等级下渗透试验,荷载大小为0,0.1,0.2,0.3,0.4 MPa。试验结果表明:随着渗透时间变长,原状土和重塑土的渗透系数略微增大。原状土渗透系数随荷载增大而变小,为现场地基土随埋深增加渗透性变小提供依据;重塑土渗透系数随荷载增大而变小,对于高填方路基底层土而言上覆荷载对其渗透性产生影响。通过进一步对比原状土与重塑土渗透性差异,可知重塑土渗透系数比原状土渗透系数大1个数量级,且原状土渗透系数呈"外凸形"减小,重塑土渗透系数呈"内凹形"减小,荷载对两种土体渗透系数影响机理不同。

基于MIP的压实作用对“微膨胀性”重塑泥岩微观结构影响分析

泥岩的物理力学特性在很大程度上取决于土体内部微观孔隙结构特征及其变化规律,进而影响其工程特性,为探讨压实作用对高速铁路微膨胀性泥岩微观孔隙的影响,制备6种不同干密度的重塑泥岩试样,采用冷冻干燥机对饱和后的试样进行干燥,进而通过压汞试验对不同压实状态下的重塑泥岩微孔隙形状、孔隙体积、孔隙面积进行分析研究。结果表明,重塑泥岩中除了存在圆柱形孔外,还含有大量瓶颈孔;参照shear提出的孔隙划分方法对孔径不同的孔隙进行了分类,发现重塑泥岩中的孔隙多分布于颗粒间及团粒内,压实作用在微观上表现为对大孔隙的压缩引起的大孔隙向小孔隙的转化;压实度不同的泥岩孔隙总面积几近相同且孔隙面积多存在于颗粒内,压实作用越大,团粒内孔隙面积越小;对压汞法实测孔隙率小于理论计算孔隙率这一现象进行了合理的分析及说明,应用线性回归分析了实测孔隙率与计算孔隙率的关系;确定了通过压汞法测定泥岩微孔隙结构的科学性及合理性。研究成果可为膨胀泥岩地区高速铁路修建提供参考依据,对同类工程建设具有借鉴意义。

营养盐浓度对胶结重塑泥岩试样力学特性及微观结构的影响试验研究

采用一次浸泡菌液的方式,制备不同浓度(0、0.3、0.5、0.7 mol/L)营养盐处理的微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)胶结重塑泥岩样。基于直接剪切、碳酸钙酸洗法、扫描电镜(SEM)等试验测试胶结试样,分析了营养盐浓度对胶结试样力学性能、碳酸钙含量及微观结构的影响。结果表明:同等反应条件下(相同时间、体积),随着营养盐浓度的增加抗剪强度先增大后减小,当营养盐浓度达到0.5 mol/L时抗剪强度最大,此时,试样黏聚力、内摩擦角分别为15.5 kPa、18.83°;碳酸钙含量随着营养盐浓度的增加而增加,当营养盐浓度达到0.7 mol/L时,试样平均碳酸钙含量提高较少;碳酸钙晶体分布均匀性随着营养盐浓度由低到高变化呈凸字形态;胶结试样的强度依赖于生成的CaCO 3晶体量及其分布形态;生成的方解石型碳酸钙晶体主要沉积在颗粒接触处形成积聚晶体或填充在孔隙中形成“胶结桥”,产生胶结效果而增强试样的力学性能。

膨胀性泥岩重塑土膨胀力试验研究

以河北省承德地区粒径小于5 mm的膨胀性泥岩重塑土为原材料,分别制备∅=H=50、100 mm,干密度ρ=1.64、1.74、1.84 g/cm^(3),初始含水率w=8.8%、10.8%、12.8%的圆柱体试件,采用自制的试验装置测试试件的轴向膨胀力P_(ax)和环向膨胀力_(cir),并将∅=H=100 mm的试件分别经碱性模拟地下水、酸性模拟雨水、蒸馏水浸泡2 h,测试试件的P_(ax),研究了试件尺寸、ρ、w及环境水状态对泥岩重塑土P_(ax)的影响规律;采用正交法分析了ρ、w、环境水状态和预处理方法4种因素对泥岩重塑土轴向与环向膨胀力影响的敏感性;研究了允许微变形率Δ=0%、1%、2%、3%、4%、5%,ρ=1.84 g/cm ^(3),w=8.8%,尺寸为∅=H=100 mm试件的P_(ax)及P_(cir)的变化规律。结果表明:∅=H=100 mm泥岩重塑土试件的P_(ax)比∅=H=50 mm的小7.56%~26.01%,两种尺寸试件的P ax均随w的增加而降低、随ρ的增大而增大;经碱性模拟地下水浸泡的试件的P ax比经蒸馏水浸泡的大1.4~1.9倍,经酸性模拟雨水浸泡的试件的P_(ax)及P_(cir)与经蒸馏水浸泡的基本一致;4种因素中,预处理方法是影响P_(ax)及P_(cir)的主要因素,预崩解次数越多,P_(ax)及P_(cir)越小,掺5%水泥,P_(cir)可减小约80%;提高Δ可有效降低P_(ax)及P_(cir),当Δ由0%提高到5%时,P_(ax)及P_(cir)分别下降了72.5%与53.9%。

微生物诱导碳酸钙沉淀胶结加固泥岩试验研究

在水环境作用下,泥岩容易发生软化、崩解等现象。应用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术处理重塑泥岩试样,研究了试样颗粒粒径、制备方式及MICP处理方式对碳酸钙沉淀物的影响,探讨了MICP方法治理泥岩稳定性的可行性。基于X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、直接剪切等试验测试胶结试样,分析了胶结试样微观结构及力学性能的变化。结果表明,选用直径为0.25~1 mm的20 g重塑泥岩制备环刀样,在相同浓度营养盐条件下采用一次浸泡菌液的方式可以在试样中形成方解石型碳酸钙晶体;碳酸钙晶体沉积在颗粒接触处或填充在孔隙中形成“胶结桥”,产生胶结效果而增强试样的力学性能;不同垂直压力下胶结试样强度逐渐增加而趋于稳定值,表现为应变硬化的特征,黏聚力与内摩擦角分别提高288%、8.66%,说明微生物胶结泥岩具有较好的应用价值。