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膨胀土主要是由强亲水性的黏土矿物蒙脱石(Montmorillonite)组成,是具有多裂隙性、强胀缩性、超固结性和强度衰减性等工程特性的高塑性黏土,从而对工程建设的长期稳定和安全产生巨大影响。本文以南阳压实中膨胀土为研究对象,通过膨胀力和膨胀变形试验,结合扫描电镜试验(SEM),探究蒙脱石含量和NaCl溶液对膨胀土残余膨胀力和残余膨胀变形的影响;通过一系列上覆荷载条件下的增湿膨胀试验,研究膨胀时程曲线、膨胀动力学参数、膨胀指数等的变化规律,同时建立了最大膨胀率和增湿膨胀变形预测模型;通过压汞试验(MIP),从累积进汞曲线、孔隙大小分布曲线、比表面积、孔隙曲折度和孔隙分形特征等方面研究了NaCl溶液对膨胀土孔隙结构特征的影响;通过滤纸法试验,初步探究了NaCl溶液对膨胀土土水特征曲线的影响,同时利用孔隙分布曲线预测了土水特征并进行对比分析。
通过上述研究工作,得到的结论如下:
(1)残余膨胀力和残余膨胀率随着蒙脱石掺量和初始干密度的增加而增大,含有较高蒙脱石含量的土样具有更强的水化能力和水分吸附能力。NaCl溶液限制了蒙脱石晶体内的膨胀,减小了双电层厚度,使得残余膨胀力和残余膨胀率减小。建立了考虑蒙脱石含量和初始干密度影响的膨胀土残余膨胀力预测模型。
(2)采用提出预测不同上覆荷载条件下试样的增湿膨胀率与含水率关系的双曲线函数模型,并且利用文献中的8种土样验证了模型的适用性。膨胀指数随着初始干密度的增加而减小,随着初始含水率的增加而基本保持不变。建议应综合考虑初始干密度、液限和塑性指数等因素的影响来准确获取膨胀指数。
(3)NaCl溶液和初始干密度对孔隙分布曲线、最可几孔径、临界孔径、平均孔径、D50孔径均产生一定影响,这与NaCl溶液在微观尺度和初始干密度在宏观尺度的影响范围有关。累积进汞量、比表面积与NaCl溶液浓度负相关,孔隙曲折度与NaCl溶液浓度正相关。孔隙结构具有明显的分形特性,总分形维数和各孔隙段分形维数随着NaCl溶液浓度和初始干密度的变化而变化,并表现出一定的规律性。
(4)随着NaCl溶液浓度的增加,总吸力和渗透吸力表达的土水特征曲线整体向右移动。土颗粒的吸附作用以及土颗粒的阻挡作用,使得实际渗透吸力大于理论渗透吸力。NaCl溶液对基质吸力表达的土水特征曲线的影响规律不明显,但总体而言,NaCl溶液使得土体的持水能力得到增强。利用压汞试验得出的孔径分布推算持水曲线,实测饱和度与基质吸力关系的数据点,均分布在计算曲线的上方。
通过上述研究工作,得到的结论如下:
(1)残余膨胀力和残余膨胀率随着蒙脱石掺量和初始干密度的增加而增大,含有较高蒙脱石含量的土样具有更强的水化能力和水分吸附能力。NaCl溶液限制了蒙脱石晶体内的膨胀,减小了双电层厚度,使得残余膨胀力和残余膨胀率减小。建立了考虑蒙脱石含量和初始干密度影响的膨胀土残余膨胀力预测模型。
(2)采用提出预测不同上覆荷载条件下试样的增湿膨胀率与含水率关系的双曲线函数模型,并且利用文献中的8种土样验证了模型的适用性。膨胀指数随着初始干密度的增加而减小,随着初始含水率的增加而基本保持不变。建议应综合考虑初始干密度、液限和塑性指数等因素的影响来准确获取膨胀指数。
(3)NaCl溶液和初始干密度对孔隙分布曲线、最可几孔径、临界孔径、平均孔径、D50孔径均产生一定影响,这与NaCl溶液在微观尺度和初始干密度在宏观尺度的影响范围有关。累积进汞量、比表面积与NaCl溶液浓度负相关,孔隙曲折度与NaCl溶液浓度正相关。孔隙结构具有明显的分形特性,总分形维数和各孔隙段分形维数随着NaCl溶液浓度和初始干密度的变化而变化,并表现出一定的规律性。
(4)随着NaCl溶液浓度的增加,总吸力和渗透吸力表达的土水特征曲线整体向右移动。土颗粒的吸附作用以及土颗粒的阻挡作用,使得实际渗透吸力大于理论渗透吸力。NaCl溶液对基质吸力表达的土水特征曲线的影响规律不明显,但总体而言,NaCl溶液使得土体的持水能力得到增强。利用压汞试验得出的孔径分布推算持水曲线,实测饱和度与基质吸力关系的数据点,均分布在计算曲线的上方。