氯化钠溶液浓度对膨胀土压缩性的影响研究

1、本科毕业论文氯化钠溶液浓度对膨胀土压缩性 的影响研究学 院：能源与交通工程学院专 业：森林工程（双学位）姓 名： 李海录学 号：100216897指导教师：张雁职 称：副教授论文提交日期：二0一四年四月摘 要本文探讨利用不同浓度的氯化钠溶液对膨胀土浸泡处理，从而研究对膨胀土压缩性的改良影响研究。随着压力的增大，孔隙比及其对数均逐渐减小，会出现明显拐点，当所加荷载不同时，孔隙比会出现不同的变化趋势。此次实验研究是通过有限的膨胀土样进行了简单的固结试验研究，其他工作还有待进一步开展，从而解决我国在公路建设发展向中西部延伸，膨胀土地质灾害对公路的建设及运营的影响以及给公路的建设带来的危害。关键词：膨

2、胀土；浸泡处理；氯化钠溶液；固结试验；地质灾害 AbstractThis paper discusses on the soil soaking expansion by using sodium chloridesolution of different concentration, thus research on the shrinkage of theexpansion of expansive soil improvement effect. With the increase of pressure,void ratio and logarithm is decreasing gr

3、adually, there will be obvious inflection point, when the load is not at the same time, pore appears different trends than.Experimental study of the expansive soil is the limited tests were carried out to study the consolidation of simple, other work remains to be further carried out, so as to solve

4、 in the development of China's highway construction to the central and western extension, effect of expansion construction and operation of highway soildisaster and its harm to the construction of highway.Key words:Expansive soil；Soaking treatment；Sodium chloride solutions；Consolidation test；Geo

5、logical disasters.目 录1 绪论11.1 问题的提出及研究意义11.2国内外研究现状11.3 原材料分析11.4 最佳含水率12试验仪器和步骤22.1 试样制备22.2 试验主要仪器22.2.1固结容器22.2.2 加压设备22.2.3变形量测设备22.2.4固结仪及加压设备22.3试验步骤23 试验结果与分析33.1 实验基础数据33.2 计算根据和公式33.3试验计算所得数据及处理分析34 结论7致 谢8参 考 文 献9内蒙古农业大学本科毕业论文1 绪论1.1 问题的提出及研究意义 我国有20多个省市发现有膨胀土，是膨胀土分布广、面积大的国家之一1-2。膨胀土是土中黏土矿

6、物主要由亲水矿物组成,具有吸水膨胀、软化、崩解和失水急剧收缩特点，并能产生往复变形的特殊黏土3,因其特殊的矿物组成(蒙脱石,伊利石等矿物)和特殊的微结构特征(发育微孔隙和裂隙结构等)而呈现出吸水膨胀和失水收缩的特性4,在我国随着公路建设发展向中西部延伸，膨胀土地质灾害对公路的建设及运营的影响日趋严重，给公路的建设带来了极大危害5-6。1.2国内外研究现状 目前,对膨胀土的研究主要集中于其矿物成分和微结构,胀缩机理,判别分类,地基的处理方法和强度及变形特性的研究7。我国有20多个省市发现有膨胀土，是膨胀土分布广、面积大的国家之一。国外从20世纪30年代开始注意到膨胀土的破坏现象，并进行了有关研究

7、，主要涉及工民建、公路和铁路路基等建筑工程。我国的公路、水利、铁路等部门从20世纪50年代开始，对膨胀土的矿物成分、结构及膨胀土分类和膨胀特性等方面进行了试验研究，并取得了研究成果。在今后的二三十年中，对膨胀土的变形和强度所开展的工作研究从未间断，这些工作大多是关于饱和土的理论进行的，在反映非膨胀土的特性方面存在明显缺陷，如不能反映膨胀土干湿循环中的强度、变形的变化，因此也很难全面反映膨胀土的工程特性8。 1938年,美国开垦局9在奥勒冈州欧维希的一座钢制虹吸管基础工程中首次认识了膨胀土的问题。从那时起,工程人员才领悟到结构物的破坏,除了由于沉降造成的以外,有时还有其他原因。Roa 等10就干

8、湿循环条件对膨胀土的性质的影响问题进行了试验研究。Amer 等11就阿曼南部地区的膨胀岩、土的地质形态和工程特性进行了研究。Per Atle Olse 等12提出了一种适用于挪威膨胀土的膨胀性分析的模型。MustafaAytekin 等13建立了一种膨胀土的膨胀势数值模型。Collins14对膨胀土的特性也进行了综合探讨15。1.3 原材料分析本次试验采用的膨胀土来自辽宁朝阳西壤矿，呈灰白色，粉末状。 1.4 最佳含水率本试验含水率未经过击实试验得到最佳含水率，通过先前的试验及经验预估。最佳含水率在18.5% 。2试验仪器和步骤2.1 试样制备应按规定进行，并测定试样的含水率和密度，取切下的余

9、土测定土粒比重。2.2 试验主要仪器2.2.1固结容器由环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖组成。（1）环刀。内径为61.8mm和79.8mm，高度为20mm。 环刀应具有一定刚度，内壁应保持较高的光洁度，宜涂一薄层凡士林。（2）透水板。由氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成，其渗透系数应大于试样的渗透系数。用固定式容器时，顶部透水板直径应小于环刀内径0.20.5mm；用浮环式容器时上下端透水板直径相等，均应小于环刀内径。2.2.2 加压设备应能垂直地在瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力，压力准确度应符合现行国家标准GB/T15406土工仪器的基本参数及通用技术条件的规定。2.2.3变形量测设备量程

10、10mm，最小分度值为0.01mm的百分表或准确度为全量程0.2%的位移传感器。2.2.4固结仪及加压设备应定期校准，并应作仪器变形校正曲线。2.3试验步骤 (1)在固结容器内放置护环,透水板和薄型滤纸,将带有 试样的环刀装入护环内,在导环,试样上依次放上薄型滤纸, 透水板和加压上盖滤纸和透水板的湿度应接近试样的湿度, 并将固结容器置于加压框架正中.使加压上盖与加压框架中 心对准,安装百分表。 (2)施加1kPa 的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触。将百分表调到400左右读数。 (3)确定需要施加的各级压力,压力等级宜为 50kPa.100kPa.200kPa.300kPa.400kPa。

11、 (4)需要确定原状上的先期因结压力时,初始段的荷重率应小于1,可采用0.5 或O.25.施加的压力应使测得的elog 曲线下段出现直线段。对超固结土,应进行卸压,再加压来评价其再压缩特。 (5)对于饱和试样,施加第一级压力后应立即向水槽中注水浸没试样.非饱和试样进行压缩试验时,须用湿棉纱围住 加压板周围。 (6)测定沉降速率时仅适用饱和土,则施加每级压力后2h测定试样高度变化作为稳定标准,只需测定压缩系数的试样,按此步骤逐级加压至试验结束16。 3 试验结果与分析3.1 实验基础数据测得实验基础数据见表1表1 测得实验基础数据见表含水率/%Gs wH0（mm)18.5/%2.721.0020

12、3.2 计算根据和公式 3.3试验计算所得数据及处理分析 表2 有水与无水以及四种不同浓度氯化钠溶液对膨胀土浸泡2h的变化关系时间不加水加水0.2 Mol/LNaCl0.4 Mol/LNaCl0.6 Mol/LNaCl0.8 Mol/LNaCl000000020102112664010322891260103301320188010335182725100101041233230120101840273831 图1 有水与无水以及四种不同浓度氯化钠溶液对膨胀土影响曲线 （1）.从上图可以看出不加水的膨胀土在开始的20min后趋于水平不变的状态，加水的膨胀土与不加水的膨胀土有了稍微的变化，二者曲

13、线都很低。 （2）.加入氯化钠溶液后膨胀土有了明显的变化，曲线明显升高。试验表明氯化钠溶液浓度为0.2Mol/L时影响较大，氯化钠溶液浓度为0.4Mol/L,0.6Mol/L时变化趋势最大（斜率）。 （3）.总之加入氯化钠溶液对膨胀土的膨胀有明显的影响，因此在实际工程应用中如果遇到膨胀土应该充分考虑膨胀土这一性质，以便于更好的解决实际问题。 表3 孔隙比与压力的关系名称e荷载0（Kpa)50（Kpa)100（Kpa)200（Kpa)300（Kpa)400（Kpa)试件质量不加水0.20.160.150.140.130.12268.01g加水0.240.20.190.180.170.15259.

14、78g0.2 Mol/LNaCl0.240.210.190.160.140.13259.20g0.4 Mol/LNaCl0.250.20.170.140.120.09258.32g0.6 Mol/LNaCl0.20.150.120.090.070.04269.10g0.8 Mol/LNaCl0.230.170.140.10.080.05262.10g 图2 图的压缩曲线 上图可以看出随着荷载的逐渐增大，土被压缩曲线整体呈下降趋势。对照实验加水与不加水时的压缩曲线下降比较缓慢，用氯化钠溶液处理的膨胀土的压缩曲线较不加水明显要低，说明氯化钠溶液对膨胀土的压缩性有较明显的影响，而且随着氯化钠溶液浓度

15、的增大这种影响也逐渐加强。本次实验中0.6Mol/L，0.8Mol/L氯化钠溶液的压缩曲线下降幅度最大。 表3 试验所计算出的压缩系数（a)、压缩模量（Es）、体积压缩系数（Mv）。不加水加水0.2 Mol/LNaCl0.4 Mol/LNaCl0.6 Mol/LNaCl0.8 Mol/LNaCla0.0680.0780.260.330.310.38Es(Mpa)17.6515.94.773.793.883.24Mv0.0570.0630.210.260.2580.31 从表中可以看出压缩系数（a)在0.1到0.5之间，属于中压缩性土。压缩模量（Es)、体积压缩系数（Mv）都不是常数。 图3 不

16、同浓度氯化钠Es变化曲线 从表中可以看到压缩系数大体在0.1至0.5之间呈上升趋势，可以认定本次试验的膨胀土属于中性压缩土。 图4 不同氯化钠浓度溶液a值变化 从图中可以看出本次试验的压缩模量因假日随氯化钠溶液明显降低，并且随着氯化钠溶液浓度的增大略有所降低的趋势。 图5 不同浓度氯化钠Mv变化曲线 从图中可以看出随着氯化钠溶液浓度的逐渐增加，该实验的膨胀土的体积压缩系数（Mv）也有逐渐增加的趋势。4 结论本文针对辽宁朝阳西壤矿膨胀土进行了系统的室内固结压缩实验，由上述定性分析结果可知，在该试验中的膨胀土加入氯化钠溶液后对膨胀土有明显的影响，分析试验结果可以得出当在膨胀土中加入氯化钠后，膨胀土

17、的胀缩性会发生明显的变化，同时膨胀土的压缩系数、压缩模量等会发生相应的变化，随着压力的增大，孔隙比及其对数均逐渐减小，当所加荷载不同时，孔隙比会出现不同的变化趋势。表明在膨胀土固结过程中，随着压力增大、孔隙水排出，土颗粒骨架重新排列，使得结合水膜变薄，粒间距离减小，孔隙比随压力的增大而减小。分析得出膨胀土的压缩系数、单位沉降量及孔隙比和压力的关系等。此次实验研究是通过有限的原状土样进行了有限的试验研究，其他工作还有待进一步开展，希望有更多研究者投入实验研究，以获得更有意义的成果。膨胀土固结问题是个复杂的工程问题，为进一步认清膨胀土固结规律，今后尚需加强混合流体渗透系数、吸力和孔隙气体压力现场测

18、试等方面的研究。 致 谢回首求学历程。感谢每一位关心和帮助过我的人!参 考 文 献1顾宏,蔡叔武.南水北调中线工程河北段膨胀土固结试验研究.A河北工程大学 水电学院， 河北 邯郸,20112程升明,马希正,李 进,李爱国.膨胀土胀缩变形的试验研究.J浙江水利科技. No. 6 Total No. 154,November 20073 漆宝瑞，秦小林. 膨胀土的膨胀系数、收缩系数求解及应用.J 铁道标准设计，2005，(6)：1113.QI Bao-rui, QIN Xiao-lin. Derivation and application onexpansion coefficient and

19、contractionJ. RailwayStandard Design, 2005, (6): 1113.4李进.膨胀土的改良的室内试验研究及地基胀缩变形分析D.河海大学,20065贾东亮,丁述理,杜海金等.膨胀土工程性质的研究现状与展望J-河北建筑科技学院学报,2003,20(l):33一39.6顾宏,蔡叔武.南水北调中线工程河北段膨胀土固结试验研究.A河北工程大学 水电学院， 河北 邯郸,20117章李坚，郭永春.含水率对膨胀土胀缩性能影响的试验研究.N工程地质学报,1004-9665/2012/20(SuPPI.)-0108-058姚海林,程 平,吴万平.基于固结试验的膨胀土地基变形预测方法.N岩石力学与工程学报,2005, (24): 219Holtz,W.G.andGibbs,H.J.“EngineeringpropertiesofExpansiveClays,Proeeedings,ASCE,Vol.80,1954.10 Roa S M, Reddy B V V, Muttharam M. The impact of cyclic wetting and drying on the swellingbehaviour of stabilized expansive soils. Engineering Geology, 2001, 60: 223-2331