典型生活源污染黏土强度特征及耐久性研究

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生活源污染黏土在形成过程中,一方面受到生活源污染质的渗流和侵蚀,另一方面污染质的干湿交替作用也影响着污染土,这些作用导致土体力学性能和耐久性发生改变,进而影响工程的稳定性。因此,生活源污染土的强度和长期稳定性研究,对于工程实践和土力学发展具有重要的实践价值和理论意义。本文将乙酸污染黏土作为生活源污染黏土的典型类型,并定义了典型生活源污染黏土—乙酸污染黏土,针对原状生活源污染黏土工程地质性质和典型生活源污染黏土的强度特征以及失水过程中裂隙演化、干湿循环条件下的电阻率、长期强度为耐久性开展研究。得到并验证了原状生活源污染黏土的理想应力-应变曲线,建立了基于土-水特征曲线的乙酸污染黏土强度预测公式。揭示了乙酸污染黏土的微观孔隙发育规律和机制,从分子建模角度阐释了乙酸在黏土矿物蒙脱石中的扩散过程,进而阐明了典型生活源污染黏土的微观结构。测试得到了基于电阻率的压实典型生活源污染黏土长期强度的计算公式。主要研究成果如下:1)发现了原状生活源污染黏土主要性质随污染质渗流深度的变化关系。随深度的增加,液限、比重、电导率、盐度及黏粒含量随深度的增加先增大后减小,而pH值呈现出先减小后增大的变化规律。不同含水率的原状试样在污染后有向“应变硬化型”转化的趋势,土体在污染前后的抗剪指标中,内摩擦角的变化不大,而黏聚力出现了明显的降低。2)建立了非饱和生活源污染黏土的理想弹塑性应力-应变关系。通过现场采集的原状生活源污染黏土试样,测试得到了原状生活源污染黏土、重塑污染土、原状未污染土的土-水特征曲线,以及它们在不同质量含水率(17%、20%、23%、26%、30%)时的剪切特性。结合土-水特征曲线和非饱和土强度理论,得到了非饱和生活源污染黏土的理想弹塑性应力-应变关系,符合实测的原状生活源污染黏土应力-应变关系特点。3)阐明了不同污染程度乙酸污染黏土的力学特征。分析了不同乙酸浓度污染黏土的土-水特征曲线。在4种围压下,测试了乙酸污染黏土在4种质量含水率时的三轴剪切性质,并将应力-应变曲线与重塑生活源污染黏土的应力-应变曲线对比,结果发现:与生活源污染黏土相比,乙酸污染黏土的应力-应变曲线峰值明显降低,乙酸污染黏土的软化显著,充分说明了生活源污染黏土中存在增加土体强度的成分(推测是碳酸盐)。4)研究了含不同乙酸浓度的蒙脱石矿物结构,得到了典型生活源污染黏土工程地质性质与微观结构特征,揭示了乙酸在蒙脱石矿物中的微观扩散过程和变化规律。随着乙酸浓度的增大,乙酸污染土中的大孔增多,孔隙率上升,孔隙不均匀系数提高,级配趋于良好;而分子模拟表明了随乙酸浓度增大,扩散能力先增大后减小,当处于0.2-0.4 mol/L时,乙酸分子的运移性能最强。5)揭示了典型生活源污染黏土失水裂隙动态发育过程、干湿循环条件下土体电阻率和强度参数变化规律与变化机理。0.4 mol/L的乙酸对裂隙发育影响最大,而当碳酸钠浓度大于0.4 mol/L时,裂隙发育受到抑制。压实典型生活源污染黏土的电阻率随干湿循环次数的增多而增大,伴随着电阻率的增大,黏土的黏聚力降低而内摩擦角保持稳定。当干湿循环次数达到4次以后,土体性质趋于稳定。6)明确了典型生活源污染黏土耐久性的影响因素,并推导了基于电阻率参数的乙酸污染黏土长期强度计算方法。乙酸污染黏土的长期强度受到基质吸力、矿物组成、污染质浓度、裂隙结构和发育的影响。其中,裂隙发育是降低土体长期强度的主导因素,而矿物组成、污染质浓度等直接影响裂隙结构的发育,并最终影响黏土的电阻率。因此,通过建立乙酸污染黏土的电阻率公式,推演了基于电阻率参数的乙酸污染黏土长期强度计算方法。该论文有图94幅,表32个,参考文献254篇。
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