NaCl溶液对改性陕南膨胀土强度变形特性研究

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膨胀土在我国陕南等其他地区均较常见、分布较为广泛,因其独有吸水膨胀、失水收缩和浸水承载力衰减等不良特性,使膨胀土地区工程建设、防灾减灾以及加固修缮工作困难重重,甚至造成严重的经济损失,解决此类问题刻不容缓。因此,需要对不同地区膨胀土进行改良、改性使其能够减轻对工程实际过程的不良影响,满足其建设施工要求。目前,关于陕南膨胀土地区施工建设以及滑坡治理方面的工程项目不断增加,针对该地区膨胀土改性整治方面的研究相对甚少,以至于研究Na Cl溶液改性陕南膨胀土对其膨胀特性、强度变形特性以及微观结构特征的影响具有重要现实意义,为今后进一步研究改良该地区膨胀土不良特性以及在工程实际当中的应用提供理论和试验依据。本文以陕南汉中勉县地区膨胀土为研究对象,针对Na Cl溶液改性条件下膨胀土基本物理性质、抗剪强度指标、变形以及微观结构变化特征进行分析探究。以下为主要研究内容:(1)通过常规室内试验对膨胀土试样进行XRD矿物组成成分分析,测得土样天然密度、重度、天然含水率、界限含水率和自由膨胀率等一系列基本物理性质指标参数。并且使用浓度为0.1mol/L、0.5mol/L和1mol/L的Na Cl溶液与膨胀土相互作用,观察其膨胀性参数的变化,初步判断Na Cl溶液对膨胀性具有抑制效果、切实可行。结果表明:改性膨胀土的界限含水率和塑性指数都有明显的下降趋势,并且随着Na Cl溶液浓度的增加下降程度越大。同时膨胀土自由膨胀率也有所下降,Na Cl溶液的作用下膨胀土的膨胀类型从中膨胀土降为弱膨胀土。(2)针对不同浓度Na Cl溶液改性的膨胀土,在不同固结围压以及制样含水率条件下进行常规三轴压缩剪切试验,研究Na Cl溶液浓度、固结围压和制样含水率对膨胀土抗剪强度和强度指标的影响规律。根据试验结果可知,膨胀土土样的抗剪强度和界限含水率关于固结围压成正相关,与制样含水率和Na Cl溶液浓度成负相关,其中对内摩擦角影响程度较弱。(3)研究三轴压缩剪切试验中固结围压、制样含水率以及Na Cl溶液浓度对膨胀土应力—应变关系曲线的影响,可知在低围压条件下应力—应变关系曲线多为理想弹塑型;而在高围压条件下,则多呈现为应变硬化型。其次,在低浓度低制样含水率的条件下,试样的应力—应变关系曲线多为应变硬化型或理想弹塑型;而随着改性溶液浓度和制样含水率的增加,其应力—应变关系曲线逐渐出现应变软化的趋势。(4)分析陕南膨胀土强度和变形的变化规律探究其影响机理,增加围压提高试样σ2、σ3方向约束力,使得土体内部颗粒排列更加密实紧凑,土骨架更加坚硬,提高土体试样的有效应力以及一定程度上控制试样在试验过程中含水率的变化,从而出现应变硬化型应力—应变曲线且提高土体抗剪切破坏的能力。制样含水率的增加使得土颗粒间弱结合水和自由水含量增多,颗粒间水膜厚度增加,导致内摩擦角出现减小趋势,同时削弱颗粒间的联结作用,使膨胀土粘聚力减小。而随着Na Cl溶液浓度的增大,膨胀土颗粒双电层厚度和净斥力减小,阻碍颗粒间产生位移的能力降低。土中矿物成分发生反应,胶结物质含量减少,膨胀土颗粒间的相互嵌入与机械咬合作用减弱,因此膨胀土的粘聚力和内摩擦角均呈现不同程度的减小。(5)利用XRD电镜扫描仪器研究分析制样含水率和改性溶液浓度对膨胀土微观结构的影响规律。随着制样含水率增高,膨胀土微观结构中颗粒间孔隙区域较少,主要以片状、扁平状颗粒通过面—面接触的形式组成其微观结构;而伴随Na Cl溶液浓度增高的条件下,颗粒间孔隙数量略有增加,微观结构组成转变为以粒状、块状为主,面—边和边—边的接触形式;从而通过陕南膨胀土微观结构的变化规律阐释宏观现象发生的内在原因。
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