【摘 要】
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膨胀土由于内部水分含量改变,体积和强度会发生巨大的变化,其吸水膨胀,失水收缩的特殊性会对工程建设产生严重危害。因此,膨胀土在应用前往往需要进行改良以满足工程要求。目前,工程上常采用水泥、石灰、粉煤灰进行改良,但这些无机改良剂可能存在污染地下水、二氧化碳排放量高、对环境影响大、掺量高、影响工程进度和成本等问题。为响应绿色发展需要和碳达峰的要求,寻找更绿色更环保的膨胀土改良方法尤为重要。基于此,本文将
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膨胀土由于内部水分含量改变,体积和强度会发生巨大的变化,其吸水膨胀,失水收缩的特殊性会对工程建设产生严重危害。因此,膨胀土在应用前往往需要进行改良以满足工程要求。目前,工程上常采用水泥、石灰、粉煤灰进行改良,但这些无机改良剂可能存在污染地下水、二氧化碳排放量高、对环境影响大、掺量高、影响工程进度和成本等问题。为响应绿色发展需要和碳达峰的要求,寻找更绿色更环保的膨胀土改良方法尤为重要。基于此,本文将无机和有机化合物相结合,采用硅酸钠（Na2Si O3）和环保材料阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）作为改良剂,首先对比了两种改良剂单一改良效果,并结合相关物理参数拟定了复合掺量配比;随后在0.6%CPAM的基础上加入不同掺量的Na2Si O3,并通过直剪、无侧限抗压、巴西劈裂以及水稳定性试验进一步确定了最佳复合掺量,重点分析了5次干湿循环下改良前后膨胀土的胀缩变形特征和强度劣化规律;最后结合扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线荧光光谱（XRF）进一步揭示了Na2Si O3和CPAM改良膨胀土的微观机理,主要研究结果如下:（1）对硅酸钠（Na2Si O3）和阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）单一改良土分别进行了液塑限、自由膨胀率、无荷膨胀率、有荷膨胀率、收缩率试验,从基本物理性质上对比了两种改良剂的改良效果,试验结果表明,界限含水率指标上,两种改良剂改善效果相差不大;膨胀率指标上,CPAM能更有效降低土的膨胀性且最佳掺量在0.6%附近;收缩率方面,Na2Si O3在降低土的收缩性效果更明显。（2）结合直剪试验确定了CPAM单独改良的最佳掺量为0.6%,并在此基础上掺入0.5%、1%、2%、4%、6%Na2Si O3,通过直剪试验、无侧限抗压试验、巴西劈裂试验、水稳性试验探究了联合改良土的强度特性和水稳特性,对比了膨胀土改良前后的应力-应变曲线、破坏形态以及水中崩解情况,试验结果表明,在Na2Si O3-CPAM联合改良体系下随着Na2Si O3掺量增加,土样强度呈现先增大后减小的规律,0.6%CPAM+2%Na2Si O3掺量下抗剪强度达到最大值,改良土的无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度在0.6%CPAM+4%Na2Si O3的复掺配比达到峰值,联合改良应力-应变曲线起初呈现应变硬化型,有明显的塑性特性和屈服平台,随着Na2Si O3掺量上升,曲线逐渐呈现应变软化型,改良土呈现出脆性破坏的特征。联合改良土环刀样在水中崩解情况稳定,水稳定性明显优于素土,0.6%CPAM+2%Na2Si O3的改良土土样整体结构性最优。（3）对素土、0.6%CPAM+2%Na2Si O3、0.6%CPAM+4%Na2Si O3改良土分别进行5次干湿循环试验,利用直剪试验和无侧限抗压试验进一步探究了干湿循环前后膨胀土的胀缩变形特征和强度劣化规律,试验结果表明,在5次干湿循环后素土环刀样高度呈现收缩趋势,而0.6%CPAM+2%Na2Si O3改良土试样高度基本不变;素土圆柱体试样经过循环后试样直径呈现膨胀趋势,相反,0.6%CPAM+4%Na2Si O3改良土试样直径基本不变。素土和0.6%CPAM+2%Na2Si O3改良土的抗剪强度在前2次循环中强度衰减最大,从第3次循环后强度衰减率逐渐下降并趋于平稳;探究黏聚力和内摩擦角数值变化规律发现,黏聚力下降是土样抗剪强度衰减的主导因素,而内摩擦角对其影响较小。随着干湿循环次数的增加,素土的无侧限抗压强度强度衰减呈指数型增长,0.6%CPAM+4%Na2Si O3改良土强度衰减呈线性增长,强度衰减率要明显低于素土。（4）对素土、0.6%CPAM、0.6%CPAM+2%Na2Si O3、0.6%CPAM+4%Na2Si O3改良土分别进行XRD、XRF、SEM试验,探究两种改良剂的改良机理并分析了改良土的微观形貌,试验结果表明,改良土内部蒙脱石、伊利石等亲水性黏土矿物的含量在降低,内部元素Si O2和Al2O3的含量也在下降。SEM图像显示,素土多弯曲薄片状结构,颗粒间较为分散且颗粒间由面-面叠聚体构成,改良土颗粒间叠聚体排列方式由面-面转为边-角或边-面-角,结构整体性更好,分形维数在下降。图62表17参112
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