人工制备湿陷性黄土微观结构分析
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湿陷性黄土地基湿陷的原理和处理方法分析湿陷性黄土地基是一种特殊的土壤类型,具有较高的含水量和较弱的结构强度,常导致地基的湿陷变形。
湿陷是指由于土壤中的吸水胀缩、土壤结构破坏等因素导致地基沉降和变形的现象。
本文将从湿陷性黄土地基湿陷的原理和处理方法两个方面进行分析。
1.土壤吸水胀缩:湿陷性黄土具有较高的含水量,土壤颗粒与水分分子之间存在相互作用力,当土壤吸湿时,水分分子与颗粒表面发生吸附作用,土壤颗粒间的吸引力增加,土壤体积增加,土壤胀缩而引起沉降。
2.土壤结构破坏:湿陷性黄土由于水分作用,土壤颗粒之间的黏结力减弱,土壤结构易于破坏,引起土壤的流动性增加,从而引起地基的沉降和面积扩大。
3.内禀液化:湿陷性黄土地基中存在多孔水分,当地震或振动作用于土壤时,土壤内的水分受到振动影响增加了孔隙水压力,从而引发黏土颗粒之间的摩擦减小,土体流动性增加,导致土壤液化,加剧地基的沉降和变形。
1.地基改良:通过对湿陷性黄土进行地基改良,提高其工程性质,减少地基湿陷。
常用的地基改良方法包括加固、加密、加固加密等。
例如可以采用灌浆、土石槽加厚等方式,提高土壤的密实度和强度,减少土壤的湿陷性。
2.排水处理:湿陷性黄土具有较高的含水量,通过适当的排水处理,可以减少地基的湿陷。
可以采用井点排水、地下水泵抽水、横向排水等方式,将地下水位降低,减少土壤中的水分含量。
3.增加地基承载力:湿陷性黄土的强度较弱,通过增加地基的承载力,减少地基的沉陷。
可以采用加密填筑等方式,将土壤的结构改造为坚实的基岩,提高土壤的承载力,减少地基的沉陷。
4.选择合适的建筑设计方案:在湿陷性黄土地基上进行建筑设计时,应遵循合适的建筑设计方案,采取适当的措施来减少地基的湿陷。
例如可以采用浅基础、增加地基宽度等方式,减少地基的沉陷。
总结:湿陷性黄土地基的湿陷主要是由于土壤吸水胀缩、土壤结构破坏等因素引起的。
对于湿陷性黄土地基的处理,可以采取地基改良、排水处理、增加地基承载力和选择合适的建筑设计方案等方法,有效减少地基湿陷的程度,提高地基的稳定性。
湿陷性黄土地基湿陷的原理和处理方法分析黄土是一种常见的地基土,具有很高的湿陷性。
湿陷是指黄土在遇水后发生体积变化,造成地基下沉,给建筑物的安全稳定性带来风险。
湿陷性黄土地基湿陷的原理主要包括土壤的结构变化和孔隙水压力的增加两个方面。
下面将对湿陷性黄土地基的原理和处理方法进行分析。
湿陷性黄土地基湿陷的原理包括土壤结构变化和孔隙水压力的增加。
黄土由于其特殊的物理和化学性质,遇水后会发生结构变化。
在干燥状态下,黄土颗粒之间存在较大的空隙,但这些空隙通常被含水层中的水填充。
当地基遇水时,水会渗入土壤中,导致土壤颗粒之间的黏土胶结物逐渐溶解,土壤逐渐变为颗粒间的滞流状态,从而使土壤的结构变得松散。
当孔隙中的水分增加时,会导致孔隙水压力的增加。
孔隙水是指黄土中各种形态的水,包括含水层中的水、吸附水以及吸湿的水分。
当土壤含水量增加时,孔隙中的水分更多,水分会对土壤施加压力,从而造成土壤收缩和地基的下沉。
针对湿陷性黄土地基湿陷的处理方法主要包括改良黄土土壤以及结构上的处理两个方面。
第一,改良黄土土壤是主要的处理方法之一。
常用的改良方法包括加固黄土、加水泥等。
加固黄土主要通过加固地基来减少土壤的变形,常见的方法有振动加固法、静压加固法等。
振动加固法是指通过挖掘机械振动器在土壤中辗压,使土壤的颗粒重新排列,从而提高土壤的密实度,减少土壤的变形。
静压加固法是指将压实设备压实于土壤中,并施加一定的压力,使土壤发生一定的密实度改变。
第二,结构上的处理是进一步提高建筑物安全稳定性的方法。
在建筑物的设计和施工过程中,可以采取一些措施来减少土壤湿陷的影响。
在地基设计时,可以采用加宽地基、深基础等方法来提高地基的稳定性;在建筑物施工过程中,可以采用加固地基的方法,如增加地基的厚度、使用加筋混凝土等。
湿陷性黄土地基湿陷的原理和处理方法分析湿陷性黄土地基湿陷是指黄土在受水浸泡或湿度变化的作用下发生的一种土壤变形现象。
其主要原理包括黄土粒子间的粘聚力和吸附性,以及含水量的变化。
黄土中的粘聚力主要是由于粘土矿物颗粒表面带有负电荷,使得颗粒之间带有静电吸引力。
当黄土受水浸泡时,由于颗粒表面的水分子的引力作用,颗粒间的粘聚力增强,导致黄土体积膨胀。
反之,当水分子蒸发或排水后,颗粒间的粘聚力减小,黄土体积收缩。
这种体积变化就会产生黄土地基湿陷。
处理湿陷性黄土地基的方法主要包括物理处理和工程措施两种。
物理处理方法主要包括以下几种:1.控制水分:通过加水或排水等方式控制黄土体含水量,以降低湿陷程度。
比如在施工前进行合理的排水或干燥处理。
2.改良黄土:通过添加改良剂来改变黄土的物理和化学性质,提高其抗湿陷性能。
常用的改良剂包括石灰、水泥等。
3.土体加固:通过加固黄土体的强度,减小其变形性。
常用的加固方法有地下连续墙、桩基等。
工程措施方面主要包括以下几种:1.预压法:在施工前使用压载设备对地基施加压力,使黄土体发生变形,并预先压实地基。
这样可以减小地基湿陷的程度。
2.悬浮地基法:在湿陷性黄土地基上悬浮浮层,使建筑物在浮层上建立,从而减小地基湿陷对建筑物的影响。
3.地基加固:通过加固地基的方式来改善黄土地基的承载力和抗湿陷性能。
常用的加固方法有灌浆、加筋等。
湿陷性黄土地基湿陷是由于黄土粒子间的粘聚力和含水量变化所引起的。
处理湿陷问题的方法主要包括物理处理和工程措施,旨在控制水分、改良黄土、土体加固和工程措施等。
这些方法可以有效地减小黄土地基的湿陷程度,提高工程的安全性和稳定性。
湿陷性黄土地基湿陷的原理和处理方法分析湿陷性黄土是一种具有湿陷性质的特殊土壤类型,其在遇到水分的作用下会发生体积变化,导致建筑物的沉降和破坏。
湿陷性黄土地基的湿陷原理是由于土壤中的黏性颗粒之间的吸附力和吸水力导致土壤颗粒聚结和体积收缩。
处理湿陷性黄土地基的方法有多种,包括排水处理、改良处理和断层处理等。
1. 吸水性:湿陷性黄土由于土壤的颗粒间隙较大,含有大量的毛细孔,能够很好地吸收和储存水分。
当土壤吸水后,土壤中的黏性颗粒之间的吸水力增强,导致土壤体积发生变化。
2. 颗粒聚结:湿陷性黄土中含有一定量的黏土颗粒,这些颗粒具有黏性和胶结性质。
当水分分子进入黏土颗粒间隙时,颗粒表面的电荷变化,引起吸引力增强,颗粒之间结合力增大,产生颗粒聚结现象。
3. 含水率变化:湿陷性黄土在不同含水率下具有不同的物理特性。
当土壤的含水率增加时,土壤体积会相应增大;而当含水率减小时,土壤体积会相应减小。
湿陷性黄土在遇到水分作用下会发生体积的收缩和膨胀,从而引起地基的沉降和破坏。
对于湿陷性黄土地基的处理方法,常用的有以下几种:1. 排水处理:通过提高地下水位附近的排泄能力,将地下水排出,以降低土壤的含水率,从而减小土壤体积的变化。
这可以通过排水沟、排水管等设施进行实现。
2. 改良处理:通过添加改良材料,改变土壤的物理和力学性质,以改善土壤的稳定性和抗湿陷性能。
常见的改良材料包括石灰、水泥、石粉等,它们的添加可以改变土壤的结构和黏粒的性质,减小土壤的吸水能力和颗粒聚结现象。
3. 断层处理:对于已经严重受损的地基,可以通过开挖和重新填充的方式来重新构筑地基。
这种方法需要专业的工程师进行设计和施工,以确保地基的稳定性和可靠性。
湿陷性黄土地基湿陷的原理和处理方法分析1. 引言1.1 研究背景在现代地基工程建设中,对湿陷性黄土地基的处理方法尤为关键,能否有效加固或排水处理该类地基直接影响着工程的安全性和稳定性。
本文将针对湿陷性黄土地基的形成原理、特点、影响因素以及加固和排水处理方法进行深入研究和分析,旨在为今后类似工程提供有效的参考和指导。
1.2 研究意义湿陷性黄土是我国常见的地基地质类型,其在工程建设中容易引起严重的地基沉降和破坏,给工程安全和稳定性带来威胁。
深入研究湿陷性黄土地基湿陷的原理和处理方法对于提高工程建设质量和保障工程安全至关重要。
湿陷性黄土地基湿陷的研究意义主要体现在以下几个方面:1. 对工程建设的指导作用:通过深入研究湿陷性黄土地基湿陷的原理和影响因素,可以为工程建设提供科学的指导,避免因地基湿陷引起的工程事故和损失。
2. 促进工程技术的发展:湿陷性黄土地基湿陷问题是一个复杂的工程地质问题,需要在工程实践中不断总结经验并提出解决方案,这有助于促进相关工程技术的发展和创新。
3. 保障工程质量和安全:湿陷性黄土地基湿陷会对地下工程和地表工程产生不同程度的影响,因此在工程建设过程中对地基进行有效的处理和加固可以保障工程的质量和安全。
深入研究湿陷性黄土地基湿陷的原理和处理方法对于解决工程建设中地基问题具有重要的意义,可以为工程建设的可持续发展提供有力支持。
2. 正文2.1 湿陷性黄土地基的形成原理湿陷性黄土地基的形成原理主要是由于地基土壤中的粘土矿物颗粒与水分子之间的相互作用导致的。
在湿陷性黄土中,粘土矿物颗粒具有较强的吸水性和膨胀性,当土壤中含水量增加时,粘土矿物颗粒吸收水分并膨胀,增强了土壤的粘聚性和塑性。
水分子会填充粘土矿物颗粒之间的空隙,使土壤结构变得松散,容易发生变形。
湿陷性黄土地基在长期受水分浸泡的情况下,水分子可使土壤中的颗粒间的极小空隙变得不稳定,同时占据了大量的孔隙空间,导致土壤的孔隙度变大,土壤密实度下降。
湿陷性黄土地基湿陷的原理和处理方法分析湿陷性黄土是一种具有特殊工程地质性质的土壤,其湿陷性是指在水分条件改变下,土壤发生体积变化,由于土壤颗粒的再排列和骨架的重组导致地基沉降和变形。
湿陷性黄土的湿陷特性与其黏土矿物组成、含水量、结构特征以及土壤重度有关。
1. 颗粒排列重组:湿陷性黄土的颗粒间存在一定的胶结力,当土壤与水分接触时,胶结力被破坏,原本紧密排列的颗粒开始发生重组与再排列。
这导致土壤体积增大,发生沉降和变形。
2. 含水量变化:湿陷性黄土的含水量对其湿陷性有很大影响。
当含水量增加时,黄土中的颗粒间润滑层厚度增大,土体内的空隙剧增,体积扩大,引起地基沉降和变形。
3. 结构透水性:湿陷性黄土具有较好的透水性,但因其颗粒间胶结作用强,使土壤内部存在密实层。
当水分进入土壤后,密实层难以透水,导致上层的土壤水分无法顺利排出,使得地基部分区域沉降。
1. 湿陷区域的预处理:在规划和设计阶段,应对湿陷性黄土地区进行详细的地质调查和勘察,确定湿陷区域的边界和分布,以及湿陷深度、厚度和变形特征等。
在地基工程施工前,对湿陷区域进行预处理,如加固、排水等,减少地基变形。
2. 预压加固法:通过施加预先施加的压力来改善地基的稳定性,减少沉降和变形。
预压可以采用静载试验、土体填充、钢板水平约束等方法进行。
3. 排水处理:通过提高地基的排水能力,及时将土壤中的过多水分排出,减少土壤饱和和润滑导致的体积扩大和变形。
常用的排水方法包括建设排水沟、埋设排水管道等。
4. 土体改良方法:可以通过土体改良来改善湿陷性黄土地基的工程性质。
如采用土壤加固剂、土壤固化剂等提高土体的结实度和稳定性,减小地基的变形。
湿陷性黄土地基的湿陷原理主要涉及颗粒排列重组、含水量变化和结构透水性等因素。
在处理湿陷性黄土地基时,需要综合考虑预处理、预压加固、排水处理和土体改良等方法,以减小地基的沉降和变形,确保工程的安全和稳定性。
中国湿陷性黄土的结构性研究中国湿陷性黄土的结构性研究概述:湿陷性黄土是中国北方地区广泛分布的一种特殊土壤,其具有较高的含水量下易于发生液态化和膨胀性变形的特点。
湿陷性黄土在基础工程、地铁隧道建设、居民区域和城市基础设施的安全稳定性等方面可能带来潜在的风险和威胁。
因此,对湿陷性黄土的结构性进行研究对于深入了解其物理和力学特性,为土壤工程设计和工程项目的安全进行有效的规划和管理具有重要意义。
一、湿陷性黄土的形成及特点湿陷性黄土是由于特定地质背景条件下的风化作用而形成的,具有特殊的物理和力学特性。
湿陷性黄土主要分布于中国黄土高原地区,包括陕西、甘肃、宁夏等省份。
其主要特点包括高含水量下易发生液态化、膨胀性变形等。
湿陷性黄土含有较高的黏性成分,其吸水性极强。
当受到水分渗透时,土壤颗粒之间形成黏结结构,颗粒之间的摩擦力降低,导致土壤整体的稳定性下降。
此外,湿陷性黄土在含水量增加的情况下会发生膨胀性变形,引起土壤体积增大,从而造成工程结构的沉降和破坏。
二、湿陷性黄土的结构性研究方法1. 土壤取样与制备为了进行湿陷性黄土的结构性研究,首先需要对土壤进行取样,采集具有代表性的样品。
取样点应包括不同地质环境、不同含水量下的黄土。
取样后,需要进行土壤的制备工作,包括土壤的干燥、破碎、筛分等步骤,以便于后续实验测试。
2. 粒径分析湿陷性黄土的颗粒结构对于其特殊的力学性质具有重要影响。
通过粒度分析可以了解土壤中各种颗粒的相对百分比和粒径分布情况。
常用的方法包括光学显微镜观察、激光粒度分析仪等。
3. 液态化特性测试湿陷性黄土在含水量增加时易于发生液态化现象。
为了探究液态化特性,可以采用剪切装置进行剪切试验,并观察土壤在不同含水量下的变形情况。
通过得到的剪切曲线和膨胀曲线来评估土壤的液态化特性。
4. 微观结构分析湿陷性黄土的结构性研究还涉及到土壤的微观结构分析。
可以使用扫描电镜、X射线衍射等仪器来观察土壤微观结构的形貌和成分。
黄土高原深厚湿陷性黄土地基处理施工技术黄土高原地区是我国西部的一个重要地理区域,黄土层厚度较大,土壤中含有丰富的有机质和氧化铁等成分。
这种土地具有较大的开发和利用价值,在经济建设中有着广泛的应用。
然而,由于黄土的特殊性质,其土壤结构稳定性比一般土壤较弱,容易出现坍塌、滑坡等问题,给基础施工带来较大的困难。
为此,对于黄土地基处理施工技术的研究显得尤为重要。
一、黄土地基特点黄土地基具有深厚湿陷性特点,土层在潮湿环境中会出现流动,引发土壤液化等问题。
这种地基的土壤结构松散,含水量丰富,土层稳定性差,其中的抗扰度低,容易发生塌陷、沉降等问题。
同时,黄土地基中的含水量和土壤特性易受透水层、下雨、河流等外部因素影响,不利于基础施工。
二、黄土地基处理主要方法1.灰浆注浆法:该方法利用高强度灰浆注入土壤中,填充土孔隙,提升土壤的压实性和稳定性,从而增强承载力。
灰浆注浆法的优点在于其施工简单、成本低廉,可以广泛应用于黄土地基的处理。
2.钻孔桩法:钻孔桩法常用于工程需要高于地面、土壤体积较大的情况。
钻孔桩经过地下深孔钻探,将钢筋混凝土灌注入孔洞中,使基础固定于钢筋成型桩内,并与周边土层完美结合,形成高稳定性的基础。
3.加筋土坯法:该技术将压实的黄土制成自重较大的基坯,并在转运过程中,布置钢筋,钢筋与基坯同浇混凝土,从而形成具有加筋结构的基础体系。
三、处理方法的选择在实际的施工过程中,应根据地基的具体情况选择适合的处理方法。
对于较浅的地基,可以选用灰浆注浆法;对于较深的地基,则需要使用更为稳定的钻孔桩法。
这些方法的应用,能够有效提高黄土地基的整体稳定性和承载能力,为工程施工提供了有效的技术保障。
黄土高原的深厚湿陷性黄土地基处理施工技术不仅对于黄土地区的经济发展至关重要,也对于我国工程施工产生着重要的影响。
黄土地区治理工程的技术水平的提升,对于我国的基础设施建设和城市规划具有着重要的意义。
湿陷性黄土地基湿陷的原理和处理方法分析湿陷性黄土地基是工程施工中常见的一种地基类型,其湿陷性主要是由于黄土中含有较多的黏土颗粒和有机物质,在受水分影响下容易发生变形和沉降。
湿陷性黄土地基湿陷的原理主要包括黄土颗粒结构变化、水分含量变化等因素。
处理这种地基的方法包括改良黄土地基、加固地基等。
一、湿陷性黄土地基的原理分析1. 黄土颗粒结构变化:黄土中含有大量黏土颗粒和粉末状颗粒,当受到水分渗入后,黏土颗粒会吸水膨胀,导致土体结构松散,从而引起地基的变形和沉降。
2. 水分含量变化:黄土地基具有较强的吸水性,当地基处于高含水状态时,土体内部黏土颗粒会膨胀并使土体变软,地基沉降;在干燥状态下,土体内部含水降低,导致土体收缩,也会引起地基的变形和沉降。
由于湿陷性黄土地基自身的特性,其在施工中容易发生变形和沉降的问题,给工程造成一定的安全隐患。
对湿陷性黄土地基进行处理至关重要。
1. 地基改良:地基改良是指通过对地基进行物理或化学的调整,改变其结构和性质,以提高地基的承载能力和稳定性。
对湿陷性黄土地基进行改良可以采用物理方法,如加入填料或者碎石等填充材料,使土体致密化;也可以采用化学方法,如利用固化材料对土体进行固化处理,提高土体的抗湿陷性。
2. 加固地基:对湿陷性黄土地基进行加固可以采用钢板桩、搅拌桩等方法,通过在地基中插入钢板桩或者搅拌桩,加固土体结构,提高地基的稳定性和承载能力。
3. 地基预处理:在施工前对湿陷性黄土地基进行预处理也是一种常用的方法,可以通过降低地基含水率或者对土体进行固结处理,减少地基变形和沉降的风险。
以上处理方法可以单独应用,也可以结合使用,根据具体的工程情况和地基特性进行选用,以达到提高地基的承载能力和稳定性,保障工程的安全和可靠。
湿陷性黄土地基湿陷的原理主要包括土体结构变化和水分含量变化,处理方法主要包括地基改良、加固地基和地基预处理等。
在实际工程中,要根据地基的具体情况和工程要求,综合考虑各种因素,选择合适的处理方法,以确保工程质量和安全。
湿陷性黄土地基湿陷的原理和处理方法分析
湿陷性黄土地基是指当土壤受到湿润作用时,土壤体积会发生明显变化,导致地基沉陷的现象。
湿陷性黄土地基的原理主要有:
1. 钙离子交换作用:湿陷性黄土中含有丰富的膨润土矿物,这些矿物质中的钙离子可以与土壤中的其他阳离子(如钠离子)交换,形成膨胀颗粒,使土壤体积增大;而当土壤受到水分浸润时,膨胀颗粒会释放出吸附的水分,导致土壤体积减小,从而造成地基沉陷。
2. 结构破坏作用:湿陷性黄土在受到水分浸润后,水分会渗透到黄土中的微孔和粒间隙中,使其被湿润,从而导致土壤颗粒结构的破坏和疏松,使土壤体积减小,从而造成地基沉陷。
1. 增加地基承载力:通过加固地基,增加地基的承载力,减少地基沉陷。
常用的方法有灌浆加固、纤维增强土等。
2. 改善土壤结构:通过改变黄土中的颗粒结构,增加土壤的稳定性,减少土壤体积的变化。
常用的方法有土壤改良、掺入适量的砂质土等。
3. 控制地下水位:黄土地基的沉陷与地下水位有很大的关系,适当控制地下水位可以减少地基沉陷的发生。
常用的方法有降低灌水量、加设排水系统等。
湿陷性黄土地基沉陷的原理主要包括钙离子交换作用和土壤结构破坏作用。
处理湿陷性黄土地基的方法主要包括增加地基承载力、改善土壤结构、控制地下水位和加固地基基础等。
Journal of Engineering Geology工程地质学报 10〇4-9665/2〇16/24(6)-124〇-07D O I: 10.13544/ki.jeg.2016.06.025人工制备湿陷性黄土微观结构分析刘博诗张延杰®王旭®梁庆国®李盛®(①兰州交通大学土木工程学院兰州730070)(②甘肃省道路桥梁与地下工程重点试验室兰州730070),在采样、运输、制样过程中,都会对试样产生不可避免的扰动。
本文基于Monte Carlo原摘要天然黄土具有很强的结构性理,选用无黏性材料石英粉、砂和黏结性材料膨润土、石膏和工业盐,采用空中自由下落法制备人工湿陷性黄土,并分别施加5kPa、10kPa、15kPa竖向固结压力,固结9个月后取样进行土工试验和电镜扫描测试。
土工试验结果表明:随着固结压力的增大,抗剪强度指标得到一定提升,湿陷峰值系数减小。
通过扫描电镜微观结构分析表明:架空孔隙受固结压力作用影响较大,粒间孔隙对固结压力作用反应相对迟钝;随着固结压力的增大,颗粒的各向异性、面积比和等效直径增大,而扁圆度和充填比减小。
土的内摩擦角、黏聚力和湿陷系数等力学参数与面积比、充填比、等效直径、各向异性、扁圆度等微结构性参数存在着良好的相关关系。
从微观角度证明该人工制备湿陷性黄土是一种较为理想的湿陷性黄土模型试验相似材料。
关键词人工黄土湿陷性SEM微观结构中图分类号:TU47 文献标识码:AANALYSIS ON MICROSTRUCTURE OF ARTIFICIAL COLLAPSIBLE LOESSLIU Boshi①②Z H A N G Yanjie® W A N G X u® LIANG Qingguo® LI Sheng®{(^School of C i v i l Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou730070)((2)Xey Laboratory of Road & Bridge and Underground Engineering of Gansu Province, Lanzhou730070)Abstract Natural loess,possessing strong structural characteristic,will suffer inevitable disturbance in the process of sampling,transportation and sample preparation.Based on the principle of Carlo Monte,non-cohesive materials-quartz powder and sand and cohesive materials-bentonite,gypsum and industrial s a l t were chosen t o prepare a r t i f i c i a l collapsible loess with the air f a l l method.Vertical consolidation pressure was applied t o the s o i l with5kPa, lOkPa and 15kPa separately,and after9months s o i l samples were taken t o conduct geotechnical t e s t and electron microscope scanning test.The geotechnical t e s t results show that:with increase of consolidation pressure,shear strength parameters are improved,and the peak coefficient of collapsibility i s reduced.Analysis on S E M microstructure shows that consolidation pressure has great effect on overhead pore,while inter-granular pore i s influenced relatively s l i ghtly by the consolidation pressure;with the increase of consolidation pressure,particle anisotropy,area r a t i o and equivalent diameter increase,while particle oblate degree and f i l l r a t i o decrease.There i s*收稿日期:2015-10-30;收到修改稿日期:2016-03-02.基金项目:国家自然科学基金项目(41402252,41262010,51408289),甘肃省科技计划项目(1506R J Y A063),长江学者和创新团队发展 计划(I R T1139)资助.第一作者简介:刘博诗(1989-),男,硕士生,岩土工程专业• Email: liub〇Sh i8866@163x o m24(6)刘博诗等:人工制备湿陷性黄土微观结构分析1241a good relationship between s o i l mechanical parameters such as internal f r i c t i o n angle,cohesion strength and coefficient of collapsibility and microstructure parameters such as area ratio,f i l l ratio,equivalent,anisotropy,and oblate degree.From the microscopic point of view,i t i s proved that the a r t i f i c i a l collapsible loess i s a relatively ideal similar material f o r the collapsible loess model test.Key words A r t i f i c i a l loess,Collapsibility,S E M,Microstructure〇引言黄土的微观结构特征取决于其组分和沉积过 程,同时又决定了其宏观构造特征和力学性质,黄土 的湿陷性是导致土体工程性质复杂的根本原因。
黄 土的微观结构性态是土体内部构造的基石,对微观 结构的研究有利于解决黄土成因、黄土工程地质性 质等有关的理论问题。
在黄土微观结构研究方面,最早由张宗祜等(1964)和刘东生(1966)通过显微 镜观察,划分了中国黄土的微结构类型。
高国瑞 (1980, 1990)利用扫描电镜研究了黄土的微结构特 征,认为骨架颗粒形态、连接形式和排列方式是决定 黄土湿陷的主要结构特征,将黄土微结构类型划分 为12种类型,并提出黄土湿陷变形的结构理论。
胡 瑞林等(1999)利用黄土结构在各种情况的分维特 征研究了黄土湿陷变形的微观变化机制。
苗天德等 (1999)基于黄土微观测试和土工试验结果,利用微 结构突变舰,祕积_与剪麵_|删|个突变模式,建立了黄土的微观结构失稳模型李加贵等(2010),方祥位等(2011)通过CT一三轴仪 从细观和宏观两个方面揭示了原状黄土的结构损伤 演化和变形强度规律,建立了结构损伤演化方程。
邓津等(2012)借助电镜扫描照片研究了黄土的震 陷系数与微结构特征的关系。
上述研究从微观角度 分析黄土结构性的成因,能够提高对黄土工程性质 的深人认识Q在湿陷性黄土地基模型试验中,较多采用重塑 黄土,破坏了天然土体土骨架空间排列力学效应和 联结力学效应所综合反映的独特结构性;此外,模 型试验相似材料的不匹配也会造成较大的试验误 差。
湿陷性黄土模型试验相似材料一直是岩石力学 模型试验探究的关口,制约着模型试验在湿陷性黄 土地区的开展0Assallay e t al. ( 1997 ),Dibben (1998)基于Monte Carlo原理,采用试验空中自由下 落法,选用黏结性高岭土和无黏性石英粉,制备了湿 陷性人工黄土。
Basma e t al.(1992)、Lawton e t al. (1992)选用黏性土和粉土,搅拌均勻后加水制备成环刀试样,通过施加相应的上部荷载来模拟t定深 度的黄土,人工黄土的制备类似于重塑黄土样的制 备,但不同于天然结构性黄土的湿陷a Miller (2〇〇2),Z〇U rmpakis e t al.(2〇05)将黏性土和粉土先 混合搅拌均匀后,加水使黏性土与粉土胶结形成土 体骨架,然后将混合材料烘干磨细后采用试验空中 自由下落法,对人工湿陷性黄土的制备进行了探究,但没有考虑上覆荷载的时间效应。
1湿陷性黄土物理力学性质分析1.1相似材料的选取与分析黄土中所含的主要矿物成分,可分为无黏结性 的粗粒矿物和有胶结性的黏土矿物两大类,无黏结 性粗粒矿物如石英、长石、方解石、云母等,与水不起 作用,不影响湿陷过程。
胶结性黏土矿物如伊利石、高岭石、蒙脱石等,能聚集和吸附在较大颗粒表面 上,有助于集粒的形成或在碎屑颗粒表面上形成一 定厚度的黏土薄膜,以不同方式同孔隙中水溶液相 互作用。
根据对湿陷性土体矿物组成的分析,选取 无黏结性的石英粉、砂,黏结性的膨润土、石膏、工业 盐为基本材料(图1),基于空中自由下落法,制备湿 陷性人工黄土。
图1模型试验材料Fig. 1Materials of model test5种基本材料中的石英粉作为容重敏感材料用 于调整相似材料的容重变化范围;富含蒙脱石的膨1242JoumaZ #^£>1 扣GeoZogy工程地质学报2016润土、工业盐作为胶结材料;河砂和膨润土用于调 节变形模量、泊松比和内摩擦角,随着河砂比例的增 加,渗透系数、变形模量和内摩擦角增大,而膨润土 用于降低变形模量和内摩擦角;石膏作为辅助性胶 结性材料使用。
相似材料的基本性质(表1)。
表1材料基本性质Table 1Basic properties of similar materials膨润土石英粉砂塑限/%液限/%塑限/%液限/%粒径蒗周/m m cc c u27.7873.6519.8327.510.075-1 1.03 3.47 1.2人工湿陷性黄土制备通过大量配比试验,得出5种基本材料配比为: 砂:石英粉:膨润土 :石膏:工业盐= 0.25: 0.3: 0.3:0. 1:0. 05 (质量比),控制含水率12.5%,湿密 度为1.5g*c m_3时,制作的人工湿陷性土样性能稳定,湿陷程度能达到强湿陷。