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膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩,具有超固结性和多裂隙性的特殊非饱和粘土。其所具有特殊工程性质对土木工程有着巨大的影响和危害。本文以蒙新高速公路路堤膨胀土填料改良试验工程为依托,针对公路膨胀土路堤填料改良提出的PAS化学改性剂包边处理新方法,开展了膨胀土化学改良试验研究。
含水量的变化是导致膨胀土发生胀缩性变形的外在因素,这从一个方面反映土的胀缩性主要取决于其矿物成分和水的相互作用。本文从粘粒与水相互作用的角度解释了膨胀土胀缩变形机理,并以此变形机理为主线,与中科院化学所合作研制出PAS改良新方法,其所具有的离子交换、联结、包裹、凝胶作用,通过吸附和较强的静电作用削弱了层间负电斥力,使得ζ电位降低,扩散层厚度变薄,有效的改善了膨胀土的亲水性能。另外PAS与土粒交叉形成空间网络结构,提高了粘土颗粒之间的连接强度,使土体具有较高强度和变形率。结合试验路段修建,本文研究并总结提出了PAS改性膨胀土路堤的施工工艺和技术特点。并通过多项试验研究了改良前后膨胀土基本物理性质、强度特性和时效水理等方面的变化。研究表明处理后的膨胀土粘粒含量明显减少,塑性显著降低,强度大大提高,胀缩性得到了有效抑制且浸水稳定性有了明显改善,能实现土质改良的目的。且PAS不会改变原土壤植被育培能力,改性边坡可以结合植物固坡的方法进行生态防护。最后通过数值模拟对比分析了使用不同方案的处理效果,总结了PAS化学改性剂包边处理在实际工程的应用,评价了其实际处理的效果和工程经济性。
研究表明,PAS生态改性处理膨胀土是一种有效的方法,化学改性处理与远距离运土路基填料置换相比,具有很大经济优势,特别是在高塑性膨胀土大量分布的地区,PAS改性剂处理膨胀土路基具有很好的推广价值,通过论文的研究工作不仅为蒙新高速公路的工程建设提供了技术支持,对完善膨胀土地区高速公路建设理论也具有重要的现实意义。