砒砂巖地區(qū)是黃土高原生態(tài)環(huán)境最脆弱、土壤侵蝕最劇烈的區(qū)域,也是黃河中游粗沙的主要來源區(qū)之一。本研究采用W-OH(親水性聚氨酯材料)對砒砂巖進行固結(jié)處理,而抗干濕循環(huán)能力是檢驗固化土耐久性能的重要指標(biāo)。土體經(jīng)多次干濕循環(huán)作用后抗壓強度降低,這對砒砂巖地區(qū)的建筑物地基、道路邊坡和路堤工程的長期穩(wěn)定性有重要影響,因此研究干濕循環(huán)作用下W-OH砒砂巖固結(jié)體的強度與微結(jié)構(gòu)的變化具有重要意義。本文基于取樣于內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗皇甫川流域內(nèi)的二老虎溝小流域的砒砂巖試樣,通過室內(nèi)物理力學(xué)試驗和微觀結(jié)構(gòu)分析,研究了不同W-OH濃度和不同干濕循環(huán)次數(shù)作用下砒砂巖固結(jié)體的無側(cè)限抗壓特性和三軸抗壓特性,并通過稱重法、SEM和EDS對其干濕循環(huán)后的質(zhì)量損失、微觀結(jié)構(gòu)和元素成分進行分析,主要研究成果如下:(1)基于無側(cè)限抗壓強度試驗,研究了 W-OH砒砂巖固結(jié)體的無側(cè)限抗壓強度、彈性模量與干濕循環(huán)次數(shù)、W-OH濃度的關(guān)系;利用三軸不固結(jié)不排水試驗,得到了不同干濕循環(huán)次數(shù)作用后W-OH砒砂巖固結(jié)體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線具有應(yīng)變軟化特征。結(jié)果表明,W-OH砒砂巖固結(jié)體的無側(cè)限抗壓強度、彈性模量和黏聚力在1～3次干濕循環(huán)后升高,這是因為在1～3次干濕循環(huán)過程中仍有部分W-OH膠結(jié)體在水中繼續(xù)固化;在3～9次干濕循環(huán),固結(jié)體的力學(xué)強度降低,這是因為W-OH膠結(jié)體充分固結(jié),隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加,部分低粘結(jié)力的W-OH膠結(jié)體脫離;9次之后,剩下高粘結(jié)力的W-OH膠結(jié)體包裹于砒砂巖顆粒表面,力學(xué)強度趨于穩(wěn)定。內(nèi)摩擦角在1～9干濕循環(huán)上下波動,9次干濕循環(huán)以后趨于穩(wěn)定,這是因為前期W-OH膠結(jié)體未固化完全,隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加,膠結(jié)體的固化、破壞和流失達到穩(wěn)定。(2)針對W-OH砒砂巖固結(jié)體重塑樣品(12次干濕循環(huán)后重塑)力學(xué)特性分析,通過無側(cè)限抗壓強度試驗和三軸不固結(jié)不排水試驗,發(fā)現(xiàn)W-OH砒砂巖固結(jié)體重塑土的無側(cè)限抗壓強度相比于重塑前下降很多,這是因為重塑前固結(jié)體顆粒和顆粒之間以W-OH膠結(jié)體相連,具有較高的粘結(jié)力;重塑后的W-OH膠結(jié)體被破壞,土顆粒與顆粒之間的粘結(jié)力急劇降低,宏觀上造成W-OH砒砂巖固結(jié)體重塑土的無側(cè)限抗壓強度明顯下降。而對于同一含水率下重塑固結(jié)體的無側(cè)限抗壓強度、粘聚力和內(nèi)摩擦角隨著W-OH濃度的增大而逐漸增大。這是因為W-OH膠結(jié)體包裹在砒砂巖顆粒表面,而高濃度W-OH膠結(jié)體使砒砂巖顆粒之間具有更高粘結(jié)力,即使在經(jīng)過重塑(土顆粒經(jīng)過完全破壞)后,仍表現(xiàn)為較高的宏觀力學(xué)強度。(3)針對5%濃度W-OH濃度砒砂巖固結(jié)體在不同干濕循環(huán)次數(shù)下的微觀結(jié)構(gòu)進行分析,發(fā)現(xiàn)W-OH包裹在砒砂巖表面以增大土顆粒之間的粘結(jié)力,宏觀表現(xiàn)為土樣抗壓強度和黏聚力的增大;經(jīng)過干濕循環(huán)后,W-OH膠結(jié)體從土顆粒表面脫落,導(dǎo)致土顆粒間的粘結(jié)力降低,宏觀變現(xiàn)為土樣抗壓強度和黏聚力的減小。考慮到土樣中C元素的含量均來自于W-OH,通過稱重法和EDS能譜儀(測試C元素)分別對其宏觀質(zhì)量虧損和細觀W-OH破壞流失進行分析。發(fā)現(xiàn)干濕循環(huán)后W-OH砒砂巖固結(jié)體強度降低主要是因為包裹在砒砂巖表面的W-OH膠結(jié)體的破壞和流失,并在9次干濕循環(huán)后達到穩(wěn)定。這與上述所無側(cè)限抗壓強度、彈性模量、黏聚力隨循環(huán)次數(shù)增加而變化的規(guī)律相似。可以判斷W-OH砒砂巖固結(jié)體能在9次干濕循環(huán)后形成穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)且W-OH不再流失,可將此強度、彈性模量和黏聚力作為后期土體評估的重要參數(shù)。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU45
【部分圖文】：

生的巨大壓力，對巖體微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極大破壞，在干燥條件下抗侵蝕性能較強，逡逑但極易遭到水流侵蝕，從而導(dǎo)致砒砂巖具有易侵蝕性，遇水潰散，變成砂土逡逑（圖１．１），國內(nèi)外文獻都俗稱為砒砂巖，但以砂土類型進行研究。綜上所述，逡逑長石、蒙脫石和方解石是造成砒砂巖抗侵蝕性能差的根本原因，而侵蝕后的石逡逑英則成為黃河流域粗泥沙的重要來源之一。逡逑表１．１砒砂巖化學(xué)成分析（％）逡逑序號邐Ｓｉ０２邐ＡＩ２Ｏ３邐ＭｇＯ邐ＣａＯ邐Ｔｉ０２邐Ｆｅ邐Ｋ邐Ｎａ逡逑１邐６５．４２邐１１．８７邐１．７０邐２．６０邐０．３８邐２．７２邐２．９８邐２．２３逡逑２邐６６．７９邐１１．３９邐１．０４邐６．４２邐０．２６邐２．３３邐１．６８邐３．３５逡逑３邐６３．１７邐１１．９９邐１．３８邐５．９２邐０．３４邐２．７９邐１．５５邐３．３４逡逑４邐６１．９７邐１０．２８邐１．６９邐６．４０邐０．５２邐３．３４邐１．４３邐３．０７逡逑５邐６０．６５邐１０．２６邐２．２０邐８．４４邐０．８７邐４．３３邐１．３１邐２．９３逡逑６邐５４．１１邐８．１０邐０．７７邐１３．０３邐０．２３邐１．０８邐２．４５邐２．０６逡逑水蝕是造成砒砂巖侵蝕的主要原因，砒砂巖遇到水時，其物理和力學(xué)性能逡逑顯著下降，在沒有水時硬度較高，特別容易受到水、風(fēng)、重及凍融侵蝕逡逑而此地風(fēng)沙暴頻繁，地形分散，大雨集中，植被貧瘠，氣候干燥，土壤侵蝕非逡逑常嚴(yán)重，導(dǎo)致近些年平均約２億ｔ泥沙從砒砂巖區(qū)進入黃河，黃河下游每年平逡逑均淤積量的２５％粗泥沙來自砒砂巖區(qū)，大約１億由于區(qū)域大量的泥沙進入逡逑黃河，被中外專家稱為“世界水土流失之最”［２］，并且水土流失也被公認為嚴(yán)重逡逑影響了黃河在該流域的生態(tài)環(huán)境

樣品放入水箱中，向水箱中加入實驗室溫度溫水２０±３°Ｃ蒸餾水，覆蓋樣品，將逡逑透明玻璃或塑料包裝放在水箱上，將水覆蓋的樣品在２０±３°Ｃ下儲存２３小時逡逑（如圖２．２ａ），然后將他們轉(zhuǎn)移到試驗臺上的托盤自然條件下風(fēng)干２小時（如逡逑圖邋２．２ｂ）。逡逑WW逡逑（ａ）固結(jié)體在水箱中浸潤逡逑１４逡逑

濕循環(huán)下Ｗ－ＯＨ與砒砂巖固結(jié)體抗壓強度的應(yīng)力應(yīng)變曲線，并測得其含水率穩(wěn)逡逑定在８％？１０％之間。這里有代表性的選取０次、３次、５次、７次和１２次干濕循逡逑環(huán)下的Ｗ－ＯＨ砒砂巖固結(jié)體的數(shù)據(jù)進行整理，從圖２．４邋（ａ）邋－邋（ｄ）可以得到了逡逑如下結(jié)論：逡逑１６逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2823704