氯化钠溶液浓度对膨胀土压缩性的影响研究教材

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

2、给公路的建设 带来的危害。关键词 ：膨胀土；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 chloridesolutionof different concentration , thus research on the shrinkage of theexpansion of expansive soil improvement effect. With the increase of pressure,void ratio and logari

3、thm is decreasing gradually, 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

4、 out, so as to solve in the development of Chinas 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 ；Consol

5、idation test ； Geological disasters.目录1 绪论. 错误！未定义书签。1.1 问题的提出及研究意义 错误！未定义书签。1.2 国内外研究现状 . 错误！未定义书签。1.3 原材料分析 错误！未定义书签。1.4 最佳含水率 错误！未定义书签。2 试验仪器和步骤 错误！未定义书签。2.1 试样制备 错误！未定义书签。2.2 试验主要仪器 错误！未定义书签。2.2.1 固结容器 错误！未定义书签。2.2.2 加压设备 . 错误！未定义书签。2.2.3 变形量测设备 错误！未定义书签。2.2.4 固结仪及加压设备 错误！未定义书签。2.3 试验步骤 . 错误！未定义

6、书签。3 试验结果与分析 . 错误！未定义书签。3.1 实验基础数据 错误！未定义书签。3.2 计算根据和公式 错误！未定义书签。3.3 试验计算所得数据及处理分析 . 错误！未定义书签。4 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

7、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， 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

8、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

9、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。 Collins 14 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% 。内蒙古农业大学本科毕业论文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，取切下的余土测定土粒比重。2.2 试

10、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0.2 0.5mm；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

11、程 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

12、级 宜 为50kPa.100kPa.200kPa.300kPa.400kPa 。内蒙古农业大学本科毕业论文(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

13、 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含水率 /%GswH0( mm)18.5/%2.721.0020表 1 测得实验基础数据见表3.2 计算根据和公式GS(1 W 0) we010He e0 -(1 e0)H0a ee1 e2pp2 p1Es1 e1aMVE1s3.3 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0.2 0.4 0.6 0.8Mol/LNaCl Mol/LNaCl Mol/LNaCl Mol/LNaCl0 0 020 10 2011内蒙古农业大学本科毕业论文4010322

14、891260103301320188010335182725100101041233230120101840273831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

15、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0（Kpa） 50（Kpa） 100（Kpa） 200（ Kpa） 300（Kpa） 400（Kpa） 试件质量 e 荷载不加水 0.2 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 268.01g加水0.2Mol/LNaCl0.4Mol/LNaCl0.6Mol/LNaCl0.8Mol/LNaCl0.240.20.190.180.170.15259.78g0.240.210.190.160.140.13259.20g0.250.20.170.140.120.09258.32g0.20.15

16、0.120.090.070.04269.10g0.230.170.140.10.080.05262.10g内蒙古农业大学本科毕业论文图 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

17、Mol/LNaCl0.4Mol/LNaCl0.6Mol/LNaCl0.8Mol/LNaCla0.0680.0780.260.330.310.38Es(Mpa)17.6515.94.773.793.883.24Mv0.0570.0630.210.260.2580.315内蒙古农业大学本科毕业论文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

18、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。内蒙古农业大学本科毕业论文图 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，

19、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试等方面的研究。内蒙古农业大学本科毕业论文致谢回首求学历程。感谢每一位关心和帮助过我的人 !内蒙古农业大学本

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