用环境扫描电子显微镜研究膨胀土在不同含水量下微观结构的变化

该文描述了环境扫描电子显微镜(ESEM)高分辨率以及能够在低真空(1~20Torr)环境下工作的特点,不需要对膨胀土土样进行脱水、干燥、导电等一系列处理,研究膨胀土在不同含水量下微观结构的变化,发现镇江南徐地区膨胀土的微观结构在含水量较低时,表现为集粒结构,在含水量较高时,定向性增强趋于紊流结构。并用Matlab软件处理膨胀土干燥状态下ESEM照片,得出孔隙所占面积以及孔隙大小等,可为膨胀土的微观结构与工程性质关系的研究奠定基础。     

对新公路膨胀土判别分类指标和标准的试验验证

以标准吸湿含水率为主控指标的新公路膨胀土判别分类标准尚处于试行阶段,仍需得到广泛的验证.为此,对我国6个典型膨胀土分布区的土样进行了系列物理化学性质试验,分析了标准吸湿含水率与蒙脱石含量、比表面积、阳离子交换量之间的相关性,应用新标准和其他代表性标准对各土样进行了分类,并将结果进行了分析比较.研究表明,标准吸湿含水率与能正确表征膨胀土胀缩潜势的微观指标之间具有良好的线性关系,新标准与以微观指标为主的标准对膨胀土分类的结果一致,由此验证了标准吸湿含水率作为膨胀土判别分类指标的合理性以及公路膨胀土判别分类新标准的准确性.     

桂林红黏土干湿循环条件下饱和渗透系数及孔隙特征变化试验

以桂林红黏土为研究对象，采用抽真空饱和法、恒温干燥法对重塑土样作干湿循环，研究对渗透系数与干湿循环次数的关系，并结合压汞和电镜扫描分析不同循环次数下孔隙分布的变化特征。试验结果表明:桂林红黏土具有明显的片状结构，经过反复干湿循环，在孔隙水压力的作用下，孔隙孔径由双峰逐渐变为和原状土相似的单峰，中微孔隙都会向0.1～1.0 μm的小孔隙靠近，孔隙孔径分布范围变小，在此过程中，游离土颗粒会被吸引在团聚体周围，使土粒孔隙形态更加平滑，且迂曲度与循环次数呈对数关系逐渐减小。压实重塑土样在经过3次干湿循环后，孔径结构变化基本稳定，渗透系数与同条件下原状土样相同，可替代无法获得符合试验条件的原状土样的结果。     

击实膨胀土的电阻率特性试验研究

针对电阻率与膨胀土特征的关系研究较少的现状,研究了击实膨胀土的电阻率特性与利用电阻率法评价膨胀土胀缩变形的可行性及评价方法。在不同的击实条件下制备膨胀土击实试样,利用ESEU-1型土的电阻率测试仪,采用二相电极在低频交流电作用下测试土的电阻率。具体研究了含水量、孔隙液电阻率、孔隙率、温度以及击实功等对击实膨胀土电阻率的影响特征,以及击实膨胀土的膨胀量、膨胀力以及线缩率与电阻率的关系,探讨了利用土的电阻率法评价膨胀土胀缩特性的方法。结果表明:击实膨胀土的电阻率随含水量、温度、孔隙率的增加而减小,而击实土的膨胀率、膨胀力及线缩率随电阻率的增大而增大。因此,该方法可有效预测现场膨胀土特性及其他工程性质。     

离子型土固化材料对膨胀土的加固机理试验研究

采用离子型土固化材料对广西南宁膨胀土进行化学加固,通过试验获得不同配合比加固土的化学成分、阳离子交换量和比表面积,对加固土的物理化学性质等进行表征.同时利用扫描电镜观察加固土的微观形貌,并试验测试加固土的膨胀性和强度特性,探讨离子型土固化材料对膨胀土的加固机理.结果表明:离子型土固化材料使得膨胀土的阳离子交换能力和比表面积显著降低,土对水的吸附能力减小,土的结构稳定性得到增强;离子型土固化材料与石灰共同作用.使得膨胀土的层状结构形式改变为粒状结构,土粒之间的联结增强,土一水之间的相互作用体系发生改变,土的胀缩总率和塑性指数明显减小,土的强度和水稳定性得到有效的提高.     

饱和软土三轴剪切特性与微观结构关系试验

天然土体均具有一定的物质组成和内部结构,因而表现出不同的工程特性。为探求软土在剪切变形过程中微观结构的演化规律,研究土体的宏观物理力学性质与微观结构之间的相互关系,对珠江三角洲饱和软土进行真三轴剪切试验和核磁共振试验,获取不同剪切速率条件下不同应变阶段的软土力学响应特征和孔隙微观结构参数。试验结果表明：三轴试验前后软土的孔径均主要集中在1～20 μm区间,经三轴剪切试验后软土的微观结构及其参数均发生了不同程度的变化,如平均孔隙半径减小,孔隙率降低,含水率减少。在剪切过程中,软土的剪切变形存在一个应变阈值（竖向应变4%～5%）,当竖向应变小于应变阈值时,软土的小孔隙的百分数随应变增大而减小,中、大孔隙百分数随应变增加而增加;当竖向应变大于阈值后,孔隙分布随应变的变化趋势则反之。软土的微观结构形态及其微观结构参数变化受剪切速率和土的应变值这2个因素影响较明显;孔隙形状参数（S/V）随土的应力状态（广义剪应力q和应变ε_s）有规律变化。此外,从微观结构层次和分子动力学角度揭示了软土剪切力学行为,软土剪切过程实质是土微（细）观结构不断自我调整的过程,土体的受力变形在微观上主要表现为孔隙大小和形状的变化。     

二灰膨胀土用作路基填料的试验分析及应用

针对二灰膨胀土填料的机理特征,通过一系列室内外试验分析,研究了不同掺灰率压实土样的胀缩性及力学性质,比较了不同石灰和粉煤灰含量对消除膨胀土胀缩性、改良力学性质的效果;介绍了二灰膨胀土用于路基填料的试验成果,并说明了该成果在某高速公路B、F标段路基填筑中的成功应用.     

南宁膨胀土作路堤填料的土性试验

围绕南宁膨胀土能否直接用作路堤填料问题,系统开展了该类膨胀土的各种土性和路用性能试验研究。通过详细整理测试数据、系统分析试验成果,全面对照膨胀土路堤物理处治技术中新的填料分类指标体系,从路基填料的强度、变形和施工可碾压性3个方面逐一展开分析论证。结果表明:除一处土样天然稠度不满足要求外,其余南宁膨胀土均可直接用来填筑外环公路的下路堤;所得结果为该段路基实施物理处治方案设计提供了理论依据和参数。     

弥勒高饱和原状膨胀土强度变形特性研究

结合云桂高速铁路建设,采集不同深度高饱和原状膨胀土,开展膨胀土的固结排水三轴试验和一维固结试验,研究了原状膨胀土的抗剪强度及压缩变形特性。结果表明:原状膨胀土的抗剪强度随蒙脱石含量、初始孔隙比的增加而递减。膨胀土压缩系数与固结压力具有负指数变化关系,地基中不同深度膨胀土的压缩系数具有"归一化"性状。在一定压力范围内,原状膨胀土的应力-应变关系可用幂函数模型描述。     

酸性环境干湿循环条件下膨胀土的膨胀特性及微观作用分析

弄清酸雨及干湿循环共同作用下膨胀土的膨胀性能及其微结构与矿物成分的变化，对研究酸雨区膨胀土的基本性质劣化及工程问题意义重大。为此，以广西酸雨重灾区百色原状膨胀土为对象，模拟酸雨（pH=3，5，7）与干湿循环（n=1，2，3，4）两者共同作用的环境，开展了无、有荷膨胀率试验，并采用扫描电镜（SEM）、压汞仪（MIP）和X射线衍射仪（XRD）分析了该环境下试样的微结构及矿物成分的演变规律。研究结果表明：酸性环境使试样的膨胀率增大，溶液的pH值越小，膨胀率越大；随干湿循环作用次数的增加，不同溶液环境下试样的膨胀率均先增大后趋于稳定，且2次作用后的增幅最大；经酸性环境与干湿循环共同作用试样的膨胀率增大更多，溶液pH值为3和5，经2次干湿循环后其膨胀率比pH值为7的分别增长了24.7%和7.9%；上覆压力能明显抑制试样膨胀率的增长，设定测试压力越大，该值下降越显著。酸性环境与干湿循环共同作用下膨胀率增大的机理可通过微观结构分析作出解释：酸性环境作用下膨胀土中游离SiO₂，Al₂O₃，K₂O，MgO，CaO等胶结物出现不同程度的溶蚀和淋滤，削弱了叠聚体结构间的联结作用，使面面叠聚结构的排列趋于分散，微孔隙体积及数目不断增大，同时遭受干湿循环作用后，土中微孔隙加速发育，土颗粒与溶液水间化学反应更剧烈，致使其膨胀变形进一步增大。因此，酸雨重灾区的膨胀土工程建设，必须考虑酸性环境与干湿循环共同作用造成的膨胀土基本性质劣化的不利影响。     

崇上路击实膨胀土的强度特性试验研究

通过室内3种膨胀土试验,对广西崇上(崇左-上思)二级公路膨胀土击实土样的强度特性进行了研究.试验结果表明,膨胀土的含水量对其强度的影响是主要的外部因素;根据直剪试验的数据,得到了膨胀土的强度与胀缩等级和含水量的关系.     

陕南地区膨胀土的膨胀性试验研究

当含水量发生变化膨胀土产生膨胀变形时,在侧限状态下,膨胀土表现出很大的膨胀力。文中采用膨胀试验研究了陕南地区膨胀土的初始物理状态(即干密度、含水量和孔隙比)对膨胀力的影响。并建立了初始物理状态与膨胀力的线性关系,提出了陕南地区膨胀土膨胀力的计算式。     

石灰改良高速公路膨胀土路基的试验研究

试验研究了用石灰改良膨胀土的胀缩性，强度，力学性质等方面的变化，试验结果表明干法与湿法击实有较大的区别，石灰改良膨胀土掺灰量和检验标准可以从膨胀性能和强度2个方面确定。     

钢渣体积膨胀特性研究与胀裂模拟

中国钢渣排放量大，综合利用率较低，堆放占地且污染环境，急需开展源头减量、资源化利用和无害化处置，而钢渣体积安定性不良且变异大是制约其大规模利用的首要原因。通过基于钢渣中f-CaO含量、分布、反应活性及与水反应难易程度提出钢渣集料体积膨胀演化模型，并利用钢渣粉、钢渣骨料的浸水膨胀试验开展体积膨胀模型参数的检验、拟合与验证。采用90℃热水浴浸泡试验和X射线衍射仪分析钢渣体积膨胀率、颗粒胀裂率与钢渣中f-CaO含量之间的关系，最后运用ABAQUS有限元模拟中的温度-位移模型和材料脆性断裂模型研究f-CaO的体积膨胀对钢渣骨料胀裂的影响。结果表明：钢渣体积膨胀与f-CaO的含量及分布、钢渣颗粒粒径的大小、浸水温度等因素有关，钢渣体积膨胀模型能很好地预测其体积膨胀的发展规律，模型参数可以通过浸水膨胀试验拟合确定，且采用二阶体积膨胀模型对钢渣粉、钢渣集料的浸水膨胀率预测较为准确。钢渣骨料的体积膨胀率与胀裂率均与f-CaO的含量密切相关，90℃浸水胀裂率宜控制不大于10%。ABAQUS温度-位移模型和材料脆性断裂模型能够近似模拟不同位置及富集程度的f-CaO体积膨胀对钢渣脆性裂纹的产生与扩展，模拟结果表明，位于近表面的f-CaO比内部f-CaO更容易造成局部胀裂。     

膨胀土侧向膨胀力试验研究与应用

侧向膨胀力是膨胀土支挡结构设计计算中的关键参数。为揭示并表征膨胀变形影响下侧向膨胀力的变化规律，研制二维膨胀仪，提出侧向膨胀力试验方法，以广西百色压实膨胀土为对象，分别研究竖向膨胀和侧向膨胀影响下侧向膨胀力的变化规律，并建立相应的关系表达式。试验结果表明：恒体积浸水条件下，侧向膨胀力与竖向膨胀力之比为0.42；完全侧限条件下，侧向膨胀力会因竖向膨胀的增大而减小；竖向应力通过影响竖向膨胀变形从而间接影响侧向膨胀力；竖向膨胀相关的侧向膨胀力折减系数D_f随竖向应力比（竖向应力与竖向膨胀力之比）的变化可用幂函数表征。保持竖向膨胀不变条件下，侧向膨胀力会随侧向应变（侧向膨胀率）的增大而减小；侧向膨胀力越大，最终侧向应变越大；侧向膨胀相关的侧向膨胀力折减系数R随侧向应变比（侧向应变与最终侧向应变之比）的变化亦可用幂函数表征。以浸水条件下大型膨胀土挡墙为例，应用该试验成果分别计算挡墙静止和被推移时的侧向膨胀力沿深度的分布，实测结果验证了计算结果的合理性。提出的侧向膨胀力试验方法和表征公式简单实用，可提高膨胀土支挡结构设计计算中关键参数取值的准确性。     

膨胀土填料分类指标体系的合理性验证

为进一步检验膨胀土填料分类指标体系的合理性,对在建广西百隆高速路上3种膨胀土系统开展了基本土性和各种强度、变形等路用性能试验,全面分析测试结果并对照新填料分类体系,3种土样均满足以改进CBR值、改进CBR膨胀量和稠度为指标的分级标准,都可直接用于下路堤填筑。据此,按物理处治技术原理并结合工程实施条件,采取粘土包边膨胀土夹层填芯方案,将性质最差的1号土分2阶段填筑于ZK176+135～+410路段,共消耗膨胀土60 000 m3,跟踪检测表明,路堤施工质量良好。通过系统试验和修建工程实体验证了膨胀土填料三指标分类体系的合理性。     

南京市马汊河膨胀土变形特性研究

膨胀土反复的胀缩变形及裂隙的发展,是膨胀土边坡失稳的先决条件。在日晒雨淋的作用下,膨胀土干湿交替,大气影响深度范围下的膨胀土反复胀缩变形,通过对室内试验,通过干湿循环试验模拟膨胀土在自然环境的特性,研究表明:随着干湿循环次数的增多,膨胀土的相对膨胀率逐渐减小,绝对膨胀率增大,浸水后的最终膨胀率趋于稳定,干湿循环过程中,膨胀后试样高度增加,裂隙增多,边缘土粒首先发生破坏,后向中间发展,直至裂隙贯通。     

掺石灰处理膨胀土路基填料的试验研究

对膨胀土填料不掺灰和掺石灰处理后的胀缩性及物理，力学性进行了试验研究，得出了掺合对改善膨胀土路基填产工程性质的影响，并对不掺灰和掺石灰处理后的填料进行膨胀及收缩变形量的估算。     

膨胀土石灰改性后的力学性质的试验研究

介绍对成都膨胀土性粘土用石灰改性后的力学性质。在系统研究原状土的工程性质的基础上，做了不同含水量与不同掺灰量的胀缩、变形、强度等试验。试验结果表明改性土的强度有很大的提高，胀缩性得以改善，同时得出了最佳掺灰量与粘聚力的关系。     

干湿循环效应对膨胀土胀缩及裂隙性的影响研究

膨胀土在大气季节性干湿循环效应的影响下,其完整性与连续性常遭到严重破坏。为探究干湿循环效应对膨胀土胀缩及开裂性的影响,开展了膨胀土三轴样干湿循环试验,得到随循环次数增多,膨胀土的胀缩性降低,表面裂隙发育。研究表明干湿循环过程中膨胀土发生的持续膨胀与收缩,破坏了膨胀土的原有结构,并最终导致其抗剪强度的降低。