土木工程的发展

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土木工程的发展/2021年/文章
特殊的问题

多场耦合和深工程安全:新的理论和方法

把这个特殊的问题

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体积 2021年 |文章的ID 9959498 | https://doi.org/10.1155/2021/9959498

Jun-Hua吴(Ao,家明Liu Mao-Sheng Wang芳苑, 力量和扩张和十八胺改性膨胀土的变形特性”,土木工程的发展, 卷。2021年, 文章的ID9959498, 15 页面, 2021年 https://doi.org/10.1155/2021/9959498

力量和扩张和十八胺改性膨胀土的变形特性

学术编辑器:Guang-Liang冯
收到了 2021年6月28日
接受 2021年8月17日
发表 2021年8月30日

文摘

十八胺被用作主要的防水处理和混合到改制的膨胀土,和改良膨胀土不同含水量和十八胺内容配置。疏水性的改性膨胀土是由点滴渗透时间的方法,相应的自由,卸载,并加载肿胀率进行了测试,和法律十八胺含量和含水量的影响膨胀土的膨胀和变形。它可以显示修改后的膨胀土与十八胺含量为0.8%(质量分数)有一个极端的防水等级,和斥水性保持稳定。含水量和十八胺含量越多,自由膨胀率越低,卸载改性膨胀土的膨胀率和加载肿胀率趋于稳定。十八胺含量0.5%和0.8%时,自由膨胀率显著降低,最大降幅42%。十八胺含量从0%上升到0.8%时,卸货扩张稳定时间缩短97 h到47小时,和膨胀率从12.9%降低到9.4%。十八胺质量分数为0.8%时,改性膨胀土的含水量为20%将减少其负荷膨胀率从2.14%至50 kPa 400 kPa的0.01%。当负载很小,十八胺含量和初始含水量对加载的影响更大膨胀率;大负荷时,负载成为影响加载膨胀率的主要因素。在同等地静压力,十八胺含量越高,土壤抗剪强度越低,就越趋于稳定。

1。介绍

的战略目标的逐步实现“一带一路”在中国,许多膨胀土地区会遇到地质和气候的挑战,可能导致工程安全问题,如边坡不稳定,管道泄漏,地面变形,地面沉降1- - - - - -7]。膨胀土等富含亲水性粘土矿物蒙脱石(8),及其工程性质更复杂的比一般粘土土壤:水将导致迅速恶化的影响膨胀土的工程特性,造成长期严重损害项目在膨胀土地区,导致巨大的经济损失和人员伤亡(9]。因此,它具有重要意义合理解决膨胀土的工程问题(10]。

有很多研究膨胀土的改性。早在1966年,环(11]研究土壤收缩膨胀的潜在的问题,分析了不同土壤的基本物理性质。1993年,Koyluoglu [12]提到,膨胀土的膨胀和收缩。除了其内部结构、外部水主要进入它,这对膨胀土的研究提供指导。近年来,高et al。13)对膨胀土进行了一系列的修改,包括物理改性(14- - - - - -16)、生物改性(17- - - - - -19),和化学改性20.- - - - - -22),并进行了相应的测试来评估这三种改性方法。2014年,Malekzadeh带领和Bilsel [23]研究了红果灰的应用和影响膨胀土的稳定性。2018年,Moghal et al。24),在石灰稳定的情况下,提出了合成纤维作为一种替代方法来解决这个问题在膨胀土收缩和扩张。贾汗季khazaei et al。25)改善环境废物软膨胀土和石灰。2020年,Blayi et al。26]提出了利用废玻璃粉末(生产总值)改善膨胀土,和王et al。27)进行了系统的研究与水泥改性膨胀土的。孟et al。28]研究了固井液浓度对力学性能的影响,微观结构,膨胀土的水文特征。一些学者[29日,30.)采用石灰等材料(31日,32)、水泥(33),橡胶颗粒(34),天然砂和砾石35岩石),纤维(36],高炉水渣[37),甚至植被根系(38)提高膨胀土的膨胀和收缩特性。在研究了化学改性后膨胀土的膨胀特性,发现膨胀土本身仍然具有很强的亲水性,和修改的效果并不明显,但它是意识到防水的重要性在膨胀土工程的保护39]。当前常用的防水措施只隔离土壤水的一部分,在不改变土壤亲水性的内在本质,不能保证长期的不渗透性。一旦水进入土壤和行为不断很长一段时间,又看似稳定边坡可能仍然不稳定(40]。

如果膨胀土颗粒可以通过技术手段使他们改变亲水疏水,同时,如果他们的膨胀变形特性可以改善,那么造成的膨胀和收缩变形问题改变膨胀土的水分可以有效地避免,和相应的工程问题可以解决41]。因此,在本文中,十八胺被用作防水处理。通过配置膨胀土和样品不同初始含水量、不同十八胺内容、疏水性级别确定测试和肿胀率进行了测试,和不同十八胺含量的影响规律和初始含水量对疏水性膨胀土改性和肿胀变形,这为有效解决膨胀土工程问题提供了新思路。

2。试验材料和方法

2.1。实验材料

的土壤测试是来自昆明的城市,干和地面,然后通过一个2毫米筛储备。基于高速公路岩土测试规则规定(JTG e40 - 2007),基本参数如下:相对密度为2.71克/厘米3,最大干密度是1.56克/厘米3,最优含水量为27.2%,液限为63.5%,塑性极限为30.8%,塑性指数是32.7,和自由膨胀率为52%。这种膨胀土的自由膨胀率低于60%,它属于弱膨胀土。bt - 9300 z激光粒度分析仪由丹东百特仪器有限公司,有限公司,用于确定粒度分布曲线,如图1,土壤颗粒质量的比例与粒径< 0.002毫米,0.002 - -0.02毫米,0.02 - 2毫米分别为6.72%,56.32%,和36.96%,分别。根据国际三角形土壤质地分类测试土壤粉砂质壤土。

2.2。实验方法
2.2.1。测试水的排斥

改性膨胀土的防水等级是由滴渗透时间的方法,和分级标准如表所示1。混合后0%、0.2%、0.3%、0.5%、和0.8%十八胺与膨胀土,这是放置在烤箱以75°C。这是每两个小时取出搅拌后,放入烤箱。修改后的膨胀土混合得到的四倍。十八胺是一种表面活性剂与极端的疏水性。其化学性质如下:融化point-50-52°C和冰点- 53.1°C。因此,当温度在75°C和80°C,十八胺可以液化,然后封装在土壤颗粒,如图2(十八胺外的白质土壤)。为了减少样品制备不均匀性的影响,滴渗透时间测量三个地方(4厘米的等边三角形分布和间距)在样品表面,在每个地方和滴水是80年μl .取平均值作为最终结果。温度控制在24°C在整个测试(±1°C)和湿度控制在64%±2%。


渗透时间(年代) < 5 5∼60 60∼600 600∼3600 > 3600

防水处理等级 可与水混合的 轻微的 二次 严重的 极端的

2.2.2。自由膨胀率试验

五种改性膨胀土与十八胺含量0%,0.2%,0.3%,0.5%,0.8%是在实验中选择。根据土壤测试方法标准(GB / t50123 - 2019),自由膨胀率测试的五种改性膨胀土与十八胺含量为0%,0.2%,0.3%,0.5%,0.8%。

2.2.3。卸载膨胀率测试

防水处理年级根据测试结果,20组样本与十八胺含量0%,0.2%,0.3%,0.5%,和0.8%,初始含水量为5%,10%,15%,20%的人选择。密封24小时后,杰克(图3(一个))是用于抽样。根据土壤测试方法标准(GB / t50123 - 2019),卸载膨胀率测试是通过使用WG-1B三重介质压力固结仪(图3 (b))。

2.2.4。加载膨胀率测试

根据土壤测试方法标准(GB / t50123 - 2019),加载的扩张进行了测试。根据防水处理的测试结果等级,20组样本与十八胺的含量为0%,0.2%,0.3%,0.5%,和0.8%,初始含水量为5%,10%,15%,20%的人选择。密封24小时后,杰克是用于取样。土壤样本放置在固结仪,竖向荷载应用于50,100,200,和400 kPa,分别。预定的负载稳定后读数记录。之后,纯水注射使纯水5毫米高于样本。计是每2小时阅读,稳定的阅读记录。实验后,含水量扩张后被干燥,重计算。

2.2.5。直接剪切试验

根据测试结果的防水处理等级的十八胺改性膨胀土,0%,0.2%,0.3%,0.5%,和0.8%的十八胺内容对应修改后的膨胀土不同防水处理成绩。直接剪切试验是根据初始干密度1.56克/厘米3。根据土壤测试方法标准(GB / t50123 - 2019),不饱和疏松的不排水直接剪切试验的防水处理膨胀土不同十八胺内容进行了利用杠杆式直剪仪(图4)。

3所示。测试结果和分析

3.1。防水处理膨胀土等级的修改

水驱效果关系图如图5,接触角图如图6的测量结果,防水处理膨胀土改性不同等级十八胺内容表中列出2。从图可以看出5上的水滴亲水膨胀土已经完全被土壤吸收,和水滴的表面防水处理膨胀土与十八胺0.8%内容仍然完整,表现出极端的疏水性。亲水膨胀土的接触角与十八胺0%内容为12.114°和防水处理膨胀土与十八胺0.8%内容为65.441°,分别。十八胺含量从0%上升到0.8%时,接触角增加了54.327°,接触角越大,土壤斥水性越高,表明添加十八胺对膨胀土的土壤可以有效提高水驱效果。从表可以看出2改性膨胀土的防水处理等级与十八胺0.2%可湿的没有十八胺和轻微。由于十八胺的含量低,大部分土壤颗粒并非由十八胺,和防水处理年级还可与水混合的;十八胺含量0.3%和0.5%时,疏水性年级是中度和重度,样本有很好的防水性;十八胺含量0.8%时,样品的防水等级是极端的。它可以表明十八胺含量越高,膨胀土的疏水性越强。因为改良膨胀土的防水等级是极端十八胺含量为0.8%时,改性膨胀土的测试与较高含量的十八胺不执行。


十八胺含量(%) 0 0.2 0.3 0.5 0.8

防水处理等级 可与水混合的 轻微的 二次 严重的 极端的

3.2。改性膨胀土的自由膨胀率

膨胀土自由膨胀率的测试结果由不同的十八胺修改内容如表所示3,相应的自由膨胀率变化规律如图7。可以看出斜率、截距、和 改性膨胀土不同十八胺内容−27.74,53.39,和0.969,分别。十八胺含量越多,自由膨胀率越低,以及它们之间有负相关。十八胺含量为0%时,自由膨胀率为52%。根据相应的指数,弱膨胀土土壤样本。十八胺含量为0.2%时,自由膨胀率为49%,这几乎没有改变相比,当十八胺含量是0%。十八胺含量为0.3%时,自由膨胀率为45%,显示弱扩张潜力。十八胺含量0.5%时,自由膨胀率为41%,它将失去其脆弱的扩张潜力。十八胺含量0.8%时,自由膨胀率为30%,低于40%的相应指标标准。的广阔的属性样本太小了,它不能被定义为弱膨胀土。


十八胺含量(%) 第一次自由膨胀率(%) 第二个自由膨胀率(%) 平均值(%)

0.0 51 53 52
0.2 50 48 49
0.3 46 44 45
0.5 43 39 41
0.8 32 28 30.

的主要原因降低膨胀土的自由膨胀率随着十八胺含量的增加是十八胺溶解并绑定到土壤颗粒表面在准备不同的十八胺改性膨胀土。自由膨胀率试验,过程中吸水的能力和扩张膨胀土的减少,和自由膨胀土随十八胺含量的增加而减小。在这个实验中,十八胺0.2%和0.3%的自由膨胀率与没有十八胺相比几乎没有变化。十八胺含量0.5%和0.8%时,自由膨胀率显著降低,最大限度的减少了42%。这是直接关系到不同等级的十八胺防水处理膨胀土。年级越高的防水处理膨胀土,减少自由膨胀率越大。

3.3。卸载改性膨胀土的膨胀率
3.3.1。十八胺和水含量的影响在卸载扩张

不同十八胺的影响内容和样品含水量在卸载改性膨胀土的膨胀率如图8。从图可以看出8(一个),在相同的十八胺含量,水分含量,降低膨胀土的膨胀率卸货,面积越大内部孔隙中充满水的样本,吸水能力越低,越少的膨胀变形。从图可以看出8 (b),十八胺内容示例包含越多,越低空载溶胀比在相同含水量。十八胺含量越高,面积越大,十八胺膨胀土颗粒表面,越困难的外部水渗透样品,和卸载扩张率越低。十八胺含量从0%上升到0.2%时,样品的卸载扩张15%含水量从12.1%下降到9.9%,下降约20%。十八胺含量增加到0.5%时,卸载扩张的速度下降缓慢,和卸载扩张率约5.6%。十八胺含量增加到0.8%时,卸载膨胀率几乎保持不变。它可以表明十八胺可以在一定程度上降低膨胀土的膨胀力,但它不能减少无限扩展性,临界范围。根据实验结果本文十八胺含量为0.8%时,其防水性能达到了极端,卸载膨胀率也可以有效地减少。

3.3.2。十八胺和水含量对膨胀的影响时间的历史

把空闲的时间曲线的膨胀率十八胺含量的0%,0.2%,0.5%,和0.8%,不同十八胺含量和水含量的影响膨胀土的膨胀时间进程进行了研究。结果如图所示9。可以看出①当十八胺内容是一样的,样品的初始含水量越小,扩张扩张时稳定越大,因为当十八胺含量是相同的,初始含水量越小,越水渗透到毛孔的样本,和更大的扩张膨胀变形时稳定。②当十八胺没有补充说,随着时间的推移,卸载的扩张膨胀率增加更快,然后在4天之后就稳定下来了。添加十八胺之后,扩张时间历史曲线呈现一个倒“s”形:在初始阶段的扩张,样品慢慢吸收水,一段时间后,膨胀率增加明显;达到一定值后,扩张速度明显慢了下来,最后趋于稳定。十八胺会减少水的渗透通道的存在在一定程度上和延迟水渗透的过程。十八胺含量越多,越明显的延迟。然而,水还是可以慢慢渗透到毛孔内部,但渗透时间相对较长,所以最初的膨胀率小,曲线显示一个缓慢上升的类型。当一段时间的水渗透,孔隙的连通性的水样本逐渐增加。这时,水渗透的数量显著增加,膨胀率也显著增加。 When the internal pore channels were completely penetrated by water, the expansion rate would be significantly reduced, and the presence of octadecylamine had little effect on water infiltration. ③When the water content of the sample was the same, the more the octadecylamine content was, the shorter the time for the unloaded expansion rate to reach stability, and the lower the corresponding unloaded expansion rate was. When the water content was 20% and when octadecylamine content was 0%, the expansion stability time was about 4000 min, and the unloaded expansion rate was 11.18%. When octadecylamine content was 0.8%, the expansion time was about 2000 min, the unloaded expansion rate was 8.16%, and the decrease rate was about 30%.

3.4。加载改性膨胀土的膨胀率
3.4.1。初始水分含量对加载膨胀率的影响

加载膨胀率的变化曲线不同初始含水量的样品图所示10。可以看出①十八胺含量时相同,初始含水量越多,收费膨胀率越低,这是类似于卸载膨胀率的测试结果;②垂直载荷,加载膨胀率越低。垂直荷载时小,十八胺含量和初始含水量在加载膨胀率有很大的影响。随着竖向荷载的增加,振幅逐渐减少,并且负载成为影响膨胀率的主要因素。

3.4.2。十八胺含量对指控膨胀率的影响

负载膨胀率的关系曲线如图十八胺不同内容11。可以看出垂直荷载时一样的,十八胺含量越高,负荷越低膨胀率的样本。十八胺含量为0.8%时,膨胀率是最小的。当样品的含水量是20%,垂直荷载50 kPa,十八胺含量从0%降低到0.8%,并且负载膨胀率从4.89%下降到2.14%,下降约57%。它可以表明十八胺的存在也可以有效降低膨胀土的膨胀性,有利于工程。

3.5。直接剪切试验

样本的水平应力和位移之间的关系与不同的十八胺内容如图12。可以看出,①垂直载荷越多,越亲水膨胀土的最大水平荷载和防水处理膨胀土。②在同一竖向荷载下,十八胺含量越高,疏水性越强,最大水平载荷越小。的垂直荷载下300 kPa,亲水膨胀土的最大水平载荷为1300 N。当十八胺含量为0.8%,水不溶物的最大水平荷载膨胀土为900 N, 400 N小于亲水膨胀土。它可以表明,有一个最大水平荷载和十八胺之间的负相关内容。

剪切应力峰值之间的关系(抗剪强度)和上覆压力在不同十八胺内容如图13。可以看出,有一个积极的抗剪强度和垂直压力之间的相关性。相关性可以针对摩尔-库仑强度准则描述,和拟合结果如表所示4。可以看出,在相同竖向荷载,十八胺含量越高,剪切强度越低。十八胺含量高时,对剪切强度的影响改变更明显,降幅更大。从表可以看出4当十八胺含量为0%,0.2%,和0.3%,f44.12°,43.15°,39.70°,分别,这可以表明十八胺含量对膨胀土的抗剪强度影响很小。十八胺含量0.5%和0.8%时,f分别是34.459°,33.09°和剪切强度变化很大。十八胺含量从0%上升到0.2%,0.3%,0.5%,和0.8%,膨胀土的凝聚力逐渐减少,从132.6 kPa 109.69 kPa, 105.6 kPa, 96.25 kPa和83.4 kPa。可以看出,更多的土壤样本的防水等级,更多的抗剪强度的影响和抗剪强度越低。


十八胺含量(%) Φ(°) C (kPa)

0 44.12 132.6
0.2 43.15 109.69
0.3 39.70 105.6
0.5 34.45 96.25
0.8 33.09 83.4

为了分析十八胺含量的影响和垂直压力膨胀土的抗剪强度,十八胺改性膨胀土的包络图和十八胺内容了,如图13

从图可以看出14①当垂直压力是100 kPa,十八胺含量越高,剪切强度越低。垂直压力时200 kPa,十八胺含量的增加,剪切强度先下降缓慢,然后迅速下降,最后趋于稳定。垂直压力是300 kPa时,变化规律相似,当垂直压力是200 kPa。当垂直压力是400 kPa,与十八胺含量的增加抗剪强度降低。②不同垂直压力下的抗剪强度和十八胺内容是线性的。十八胺含量小于0.3%时,抗剪强度下降缓慢。十八胺含量超过0.3%时,抗剪强度大大降低。十八胺含量0.5% - -0.8%的时候,它往往是稳定的。一般来说,与十八胺含量的增加,剪切强度先略有下降,然后大大降低,最后趋于稳定。

十八胺含量之间的关系和总内摩擦角如图15。可以看出,与十八胺含量的增加,内摩擦角降低,减少范围略有降低。负指数方程(1)可用于拟合。 在哪里f内摩擦角,X十八胺含量,一个方向被拉伸的程度,b被拉伸的程度X方向,c是拦截;一个,b,c可能反映了内摩擦角之间的关系和十八胺在一定程度上内容。拟合结果如表所示5


函数 价值 相关系数

内摩擦角 一个= 32 0.999
b= 0.62 0.996
c= 12.96 0.999
凝聚力 d=−57067 0.932
f= 126.27

x是十八胺内容。

十八胺含量和总凝聚力之间的关系如图16。可以看出,与十八胺含量的增加,总凝聚力提出一个线性下降的趋势,这可能是由一阶安装(2)。总的来说,抗剪强度往往削弱与十八胺含量的增加,但整体下降仍然可以接受的工程。 在哪里c凝聚力,x十八胺含量,d斜率,f是拦截,这可能反映了凝聚力和十八胺含量之间的关系在某种程度上。拟合结果如表所示5

4所示。结论

(1)防水处理与不同的十八胺内容可以降低膨胀土的自由膨胀率。十八胺含量越多,自由膨胀率越低。(2)十八胺含量和初始含水量是影响膨胀土的膨胀力的重要因素。当十八胺含量是相同的,初始含水量越多,越低膨胀率和膨胀率加载卸载。膨胀土含水量包含越多,越显然卸载原状土的膨胀率降低。当样品的水分含量是相同的,十八胺含量膨胀土包含越多,卸载膨胀率越低,就越趋向于稳定。十八胺的存在可以有效降低膨胀土的膨胀力。(3)在同样的十八胺含量,垂直载荷,加载膨胀率越低。垂直荷载时小,十八胺含量和初始含水量在加载膨胀率有很大的影响。大型垂直荷载时,负载是影响膨胀土的膨胀力的一个重要因素。垂直荷载时不变,十八胺含量越多,加载膨胀率越低。(4)十八胺的存在可以有效地抑制膨胀土的膨胀特性。当十八胺含量大于或等于0.8%,防水处理年级是一个极端,可以抑制膨胀土的膨胀水在很大程度上,水驱效果好,可为解决相关问题提供一个参考在膨胀土地区。更多的垂直压力,更多的亲水膨胀土的抗剪强度和防水处理膨胀土。(5)在相同的垂直压力下,十八胺含量越高,抗剪强度越低,当十八胺含量增加,抗剪强度的影响更大。防水处理的抗剪强度负相关成绩。它已经表明,剪切强度的影响更大的增加防水处理成绩。不同垂直压力下的抗剪强度与十八胺含量的线性关系,这符合莫尔-库仑抗剪强度准则。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

信息披露

所有意见、发现和结论在这个工作只代表作者的观点。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金项目(51869013)中国项目(SLK2021A05)重点实验室开放研究基金的液压和航道工程教育部的项目(YK321013)重点实验室开放研究基金的破坏机理和安全控制技术的土石水利部大坝,和项目的创新基金(yc2020 - 094)南昌香港大学研究生。

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