碱污染网纹红土的强度特性试验研究

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网纹红土广泛存在于在中国长江中下游南部,随着城市建设的发展,网纹红土碱污染问题也日益突出,但目前国内关于碱污染网纹红土特性的研究鲜有,故开展碱污染对网纹红土强度特性影响研究具有重大意义。论文首先通过非饱和直剪试验和饱和三轴试验研究了碱污染网纹红土的力学性质变化规律,进而通过扫描电镜试验分析了相应的微结构特征,并探讨了碱土作用对碱污染网纹红土力学特性的作用机制,取得的主要结论有:(1)非饱和直剪试验结果表明:碱污染重塑网纹红土试样7d的非饱和抗剪强度随NaOH浓度的增大呈现先增大后减小的变化规律,最终趋于平稳;3.5%NaOH浓度为时抗剪强度(239kPa)相对最大,较素土强度增大了32.0%,而NaOH浓度为21%时的抗剪强度(151kPa)则为最小,相对素土强度降低了16.6%,且伴有软化特征。受3.5%NaOH浸泡14d试样强度可达246kPa,较素土样强度增大了35.9%。碱对非饱和网纹红土黏聚力的影响表现出先增大后减小的规律,对浸泡时间相同试样,3.5%NaOH浸泡试样的黏聚力较素土增加了92.8%,而21%NaOH浸泡试样的黏聚力降低了66.7%,内摩擦角则呈现相反规律。(2)三轴饱和剪切试验表明:试样强度变化规律总体与非饱和直剪强度变化趋势相似,对NaOH浓度≤7%浸泡试样的应力应变曲线呈硬化特征,宏观破坏形态表现为鼓形,而当浸泡溶液NaOH浓度>7%时,实测应力应变曲线呈软化特征,破坏表现为脆性,3.5%NaOH污染网纹红土的峰值主应力差为694.79kPa,较素土的增幅为23.9%。剪切阶段NaOH污染后试样的孔隙水压相对较小。≤7%NaOH浸泡试样的度应力路径曲线较>7%NaOH浸泡试样复杂,表现为先向右偏转再向左偏转特点。(3)微观试验表明:网纹红土受NaOH侵入后,土体颗粒趋于凹凸状或絮凝状的团粒,面-面结构被破坏。3.5%NaOH污染后的土体孔隙量减少,孔隙面积大于等于0.2μm~2的孔隙相对于素土减少了9.61%,孔隙周长大于等于5μm的孔隙则减少了10.83%;21%NaOH污染后的土体结构松散,团粒间出现较大孔隙,孔隙面积大于等于0.2μm~2的孔隙增加了12.54%,孔隙周长大于等于5μm孔隙增加了10.13%,此些微观特征与力学宏观特性变化是对应的。(4)碱土作用机制分析表明:不同碱浓度对网纹红土与碱作用的主要形式不同,NaOH浓度≤7%时主要为碱土作用为胶结作用和吸附作用,产生胶体和Na~+吸附于孔隙内,使土体的孔隙减小,强度得到提高,碱污染网纹红土过程表现为胶结吸附阶段,而当7%21%时为离子平衡阶段,离子交换速率达到平衡,导致土体物理力学性质趋于稳定,不随NaOH浓度的增大而变化。
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