基于纤维聚合物改良的粉土力学特性与微观结构演化

为了研发新型、高效、环境友好的粉土加固材料,采用再生聚酯纤维与无机固化剂对路基粉土进行了改良,开展无侧限抗压强度试验、加州承载比（California Bearing Ratio,CBR ）试验、回弹模量试验及扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM ）测试,分析改良粉土的力学特性与微观结构演化,结果表明：路基粉土的路用性能可由再生聚酯纤维与无机固化剂有效提高,在经过28天的养护后,改良粉土的回弹模量大于40 MPa,98%压实度下,掺入0.2%纤维改良土的CBR值达到45%;改良粉土最大无侧限抗压强度值可达到约900 kPa,对于路基粉土,可再生聚酯下纤维的最优掺量约为0.2%;改良土颗粒间孔隙得到胶结物质不同程度的填充,土体中相互交错分布的纤维能最大程度地抑制纤维土裂隙发展。     

重金属镉污染对土体力学特性的影响及机理分析

为了研究重金属镉(Cd)对土体力学特性的影响规律及其微观机理,开展了不同Cd含量污染土强度、渗透、剪切特性、压汞和扫描电镜试验研究。力学特性试验结果表明:重金属Cd会劣化土体力学特性;随着Cd含量的增加,土体的抗压强度、剪切强度和黏聚力显著降低;而渗透系数、内摩擦角明显增大。扫描电镜试验结果表明:Cd使土颗粒发生团聚,Cd污染土出现大的团聚体,大颗粒增多,土体表面变得比较粗糙,土颗粒之间的接触形式增多,出现点-面接触和边-面接触;且团聚体间的孔隙较大。压汞试验表明:随着Cd含量的增加,污染土中孔径大于1μm的孔隙体积明显增加。污染土的微观结构和孔隙分布的改变是Cd污染土力学特性变化的本质原因。     

强夯加固技术在湿陷性黄土路基处治中的应用

结合具体试验路段,通过颗粒分析、电镜扫描、CBR试验、无侧限抗压强度与固结试验等手段对强夯加固后路基黄土的处治效果进行分析.结果表明,强夯后的路基黄土微结构由絮凝状、支架大孔结构转变为镶嵌结构与叠置结构;不同夯击能下路基黄土的有效加固深度可以通过无侧限抗压强度试验确定;路基黄土的压实度与CBR值服从幂指数关系,与回弹模量和湿陷系数服从指数分布.     

F1离子固化剂加固泥岩物理力学特性试验

泥岩具有吸水膨胀软化、失水收缩干裂和易崩解等不良工程特性,经常诱发路基上拱、边坡坍塌、渠坝和建筑物开裂等工程病害。为消除泥岩的不良特性,采用F1离子固化剂对泥岩进行改良试验研究,对不同F1掺量的固化泥岩试样开展无荷膨胀试验、三轴不固结不排水试验、冻融循环试验、核磁共振试验和XRD衍射试验,对F1加固泥岩的物理力学特性、微观孔隙结构和矿物成分展开研究。结果表明：F1固化剂通过离子交换作用和磺化油疏水作用,显著改善了泥岩土的水敏性和压实特性,降低了渗透性和膨胀性;在泥岩中加入0.5 L/m3（最佳掺量）的F1固化剂后,其破坏应力提升1.97倍,摩擦角和黏聚力分别增大1.29倍和1.64倍,且冻融循环次数对F1固化泥岩土样黏聚力和摩擦角的影响较小;分析核磁共振试验与XRD衍射试验结果可知,F1固化剂作用前后,泥岩中并无新物质生成。掺入F1固化剂后,泥岩土样中的大、中、小孔隙数量减小,孔隙总体积降低,土体密实度提升。     

木质素改良粉土基本工程特性试验研究

将工业副产品木质素应用于粉土改良.通过界限含水率、颗分、击实、无侧限抗压强度和电阻率等室内试验,对素土及掺木质素改良土的基本物理力学性质、p H值和电学特性等进行对比研究,明确改良土的基本工程特性变化规律和改良效果,并采用扫描电子显微镜(SEM)对土体微观结构变化进行对比分析,阐述了木质素与土体的相互作用机理.试验结果表明:木质素可有效改善粉土的颗粒级配,降低土体的塑性指数;改良后粉土的最大干密度增加,最佳含水率减小,同时干密度对含水率变化的敏感性增强;改良土的无侧限抗压强度优于素土,p H值低于10,龄期和含水率对强度影响显著,对p H值无明显影响;胶结物质填充孔隙并联结土颗粒,改良土微观结构更为稳定.这说明木质素可有效改善粉土的基本工程特性.     

磷酸镁水泥固化铜污染土的工程特性

为研究不同水泥固化重金属污染土的处理效果和工程特性,取掺重金属铜的高岭土作为研究对象,考虑磷酸镁水泥(magnesium phosphate cement,MPC)掺量、养护龄期、初始铜离子浓度三种因素,研究了MPC固化后重金属铜污染土的固化效果及特性.基于无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验,分析了三种因素对固化铜污染土的强度和微观结构的影响,并得到固化土抗压强度与内部孔隙所占百分比之间的关系.无侧限强度试验结果表明,MPC固化铜污染土的效果显著;随着MPC掺量的增多和养护龄期的增长,固化土的抗压强度增大;随着初始铜离子浓度的增大,固化土的抗压强度减小,且当污染土中铜离子浓度过高时,固化效果降低.微观试验结果表明,固化过程中既有物理包覆又有化学反应,随着MPC掺量的增多、养护龄期的增长,固化土的孔隙百分比降低,结构变得更加致密,随着初始铜离子浓度的增大,孔隙所占百分比增大,土体结构变得疏松,固化土体强度降低.     

固结蠕变下软土微观结构参数的定量分析

为了探究土的微观结构特性和更加准确的描述土的变形过程,从微观上分析珠三角地区软土的固结蠕变,对软土的微观结构特征、孔隙个数和直径、孔隙和颗粒丰度、孔隙定向频率等方面进行了定量分析,对代表性广州番禺地区的土样试验结果表明:原状土样的微观结构主要是以蜂窝状和基质状结构为主,土体颗粒接触方式主要为点-点接触和点-面接触;当施加轴向固结荷载时土体的结构发生变化,轴向荷载较大时,土体的微观结构以紧密的骨架状和紊流状结构为主,土体颗粒的接触方式以面-面接触为主。软土在蠕变过程中,土体颗粒和孔隙大小的变化都遵循大孔隙优先改变原则,颗粒和孔隙的边界变得圆滑且形状趋向于扁圆形。蠕变后,颗粒和孔隙的个数有明显增加,直径都有明显减少,孔隙丰度值和复杂度有所降低。原土的分形维数高于土体蠕变变形后的分形维数。当固结应力增大时,土中孔隙的分形维数不断减小,大孔隙不断减少,大颗粒破损,小颗粒被挤入大孔隙中,颗粒和孔隙朝着均匀化方向发展。     

增湿-减湿条件下重塑黄土宏微观试验研究

为了明确增湿-减湿作用下重塑黄土的宏观变形特性及微观结构特性,以陕北某填方区黄土为研究对象,利用单杠杆固结仪和扫描电子显微镜对增湿-减湿条件下重塑土体的宏观力学性能和微观结构变化进行分析。研究结果表明：宏观方面,侧向压缩应变与增湿-减湿循环次数呈正相关,并且增湿-减湿循环下侧限压缩应变规律可以用幂函数表示,说明长期的水土相互作用使压实土体强度及承载力降低;微观方面,增湿-减湿循环使压实黄土孔隙结构增大、颗粒形态由扁平状变成圆形以及颗粒接触方式由面-面接触变为点-点接触,导致土体结构松散产生裂缝,颗粒间摩擦力及承载力降低。通过对重塑黄土的宏微观分析,为黄土区域的建设工程提供理论依据。     

兰州湿陷黄土物理力学特性分析

以兰州黄土为研究对象,通过现场钻孔取样并进行室内土工试验,调查了不同深度处黄土物理力学特性分布特征以及湿陷特性。结果表明,黄土的含水率以及饱和度随着土体埋深的增大呈先增大后减小趋势,干密度以及压缩模量随着深度的增加逐渐增大,而孔隙比则呈减小的趋势。黄土不同深度物理力学性质差异导致了土体结构的差异,埋深较浅的土层易于形成发生湿陷的架空结构体系,而随着深度的增加,土体的密实度逐渐增大,土体结构稳定性较强,湿陷性逐渐减弱。     

超疏水材料改良黄土的宏微观抗渗机制研究

为有效提高黄土的抗渗性,改善其遇水后的稳定性,并预防由水诱发的黄土地质灾害,本文采用一种有机硅憎水粉末疏水材料对黄土进行改良。开展三轴渗透试验测量不同掺量疏水材料改良黄土的渗透系数,结合土水接触角试验和扫描电镜(SEM)试验,从宏观表面接触特性和微观结构特性的角度综合分析抗渗机制。研究表明：改良黄土的渗透系数会随着渗透时间逐渐减小至稳定,与渗透时间符合幂函数关系。固结围压的升高会导致改良黄土渗透系数降低,主要表现为土体孔隙收缩,渗流通道数减少,有效渗流压力降低。掺入疏水材料的最优质量分数为1%～2%,此时饱和黄土渗透系数下降达到90%以上。疏水材料改良黄土抗渗性的宏观机制表现为土体表面粗糙度增加,疏水基憎水,导致土水接触角增大,表面自由能减小;微观机制在于疏水材料通过表面附着、胶结团聚、填充孔隙等方式改变了黄土的内部结构。