分散性土抗侵蚀特性的化学改良机理研究

摘要

我国地属大陆季风性气候，全年降水的不均匀使得大部分河流在夏季都有安全渡汛问题，洪峰过境时很多河段堤防或土石坝都面临巨大的管涌威胁，管涌造成的灾害更是屡见不鲜。鉴于管涌破坏具有较大且较广泛的危害性，论文依托国家自然科学基金青年科学基金项目“基于随机方法的散粒多孔介质相变机理及管涌相变-渗流-应力耦合模型”（编号51409029），结合基金已有的研究结果，试图通过改进的试验孔洞试验来研究化学改良剂改良分散性土后的侵蚀发展过程和抗侵蚀特性。主要的研究内容与成果如下:
　　(1)孔蚀试验系统:自行研制了可提供竖向压力条件的孔蚀试验系统，该试验系统主要组成部分有:支架系统、竖向压力加载系统、上游恒定水位施加系统、土颗粒收集系统。该试验系统解决了现有仪器不能对试样施加竖向压力的问题，改进了预制孔成型方法，减小了制样过程中对试样土体的扰动。
　　(2)分别揭示了掺入三种不同类型化学改良剂的土体的侵蚀发展规律。利用改进的孔蚀试验系统，开展了掺入化学改良剂后分散性的土孔蚀试验研究，分别探索了掺入含量、养护时间、水力梯度、应力状态等因素对分散性土孔蚀发展规律的影响，通过累积侵蚀质量和流量的监测，对比了三种化学改良剂在不同影响因素下的累积侵蚀质量和流量，分析了不同影响因素对侵蚀速率、流速及试样两端水力梯度的影响规律，总结土体掺入三种化学改良剂后的侵蚀发展规律和在不同条件下的改良效果。
　　(3)统计分析了孔蚀试验中不同条件对土体侵蚀指数的变化规律。通过计算和分析侵蚀率和水力剪切力的变化关系，分析结果表明侵蚀率和水力剪切力之间线性拟合度较高;通过综合分析侵蚀指数和临界水力剪切力对比发现，侵蚀指数越大，土体抗侵蚀能力越强;临界水力剪切力随掺入含量的增大而增大;三种改良剂都能提高土体的抗侵蚀能力，相同条件下，掺入聚丙烯酸钠的试样的临界水力剪切力始终是最大的，其最大侵蚀率始终最小的，改良效果最好的掺入聚丙烯酸钠的试样，最差的掺入木钙试剂的试样;综合对比之后，抗侵蚀效果由强到弱分别是聚丙烯酸钠、水玻璃试剂、木钙试剂。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 化学改良剂的种类和作用机理

1．2．2 化学改良剂的研究方向进展

1．2．3 土体抗侵蚀特性研究进展

1．3 存在的问题

1．4 本文研究内容及技术路线

第二章 土体孔蚀试验系统

2．1 概述

2．2 试验目的

2．3 试验仪器

2．3．1 支架系统

2．3．2 竖向压力加载系统

2．3．3 上游恒定水位施加系统

2．3．4 土颗粒收集系统

2．4．1 土样及化学改良剂的制备

2．4．2 装样及装置安装

2．5 试验步骤

2．6 本章小结

第三章 改良剂种类影响土体侵蚀发展规律试验研究

3．1 概述

3．2 水玻璃改良试剂土体侵蚀试验

3．2．1 水玻璃试剂作用机理

3．2．2 不同掺入含量试验结果及分析

3．2．3 不同养护时间试验结果及分析

3．3 木质素磺酸钙试剂改良土体侵蚀试验

3．2．1 木钙试剂作用机理

3．3．2 不同掺入含量试验结果及分析

3．3．3 不同养护时间试验结果及分析

3．4 聚丙烯酸钠试剂改良土体侵蚀试验

3．4．1 聚丙烯酸钠作用机理

3．4．2 不同掺入含量试验结果及分析

3．4．3 不同养护时间试验结果及分析

3．5 不同改良剂改良土体侵蚀试验结果对比分析

3．5．1 相同掺入含量不同改良剂的试验结果对比分析

3．5．2 相同养护时间不同改良剂的试验结果对比分析

3．6 本章小结

第四章 外部条件影响改良后土体侵蚀发展规律的试验研究

4．1 概述

4．2．1 水力梯度对SL试剂改良土体侵蚀发展规律的影响

4．2．2 竖向压力对SL试剂改良土体侵蚀发展规律的影响

4．3 外部条件对MG试剂改良土体侵蚀发展规律的影响

4．3．1 水力梯度对MG试剂改良土体侵蚀发展规律的影响

4．3．2 竖向压力对MG试剂改良土体侵蚀发展规律的影响

4．4 外部条件对JN试剂改良土体侵蚀发展规律的影响

4．4．1 水力梯度对JN试剂改良土体侵蚀发展规律的影响

4．4．2 竖向压力对JN试剂改良土体侵蚀发展规律的影响

4．5 三种改良剂在不同外部条件下试验结果对比分析

4．5．1 不同水力梯度下试验结果对比分析

4．5．2 不同竖向压力下试验结果对比分析

4．6 本章小结

第五章 化学改良后土体的抗侵蚀特性研究

5．1 概述

5．2 抗侵蚀指标

5．2．1 水力剪切力和侵蚀率

5．2．2 侵蚀系数和侵蚀指数

5．3 掺入含量对抗侵蚀特性的影响

5．3．1 SL-C组试样的抗侵蚀特性分析

5．3．2 MG-C组试样的抗侵蚀特性分析

5．3．3 JN-C组试样的抗侵蚀特性分析

5．3．4 综合分析掺入含量的试样的抗侵蚀特性的影响

5．4 养护时间对抗侵蚀特性的影响

5．4．1 SL-T组试样的抗侵蚀特性分析

5．4．2 MG-T组试样的抗侵蚀特性分析

5．4．3 JN-T组试样的抗侵蚀特性分析

5．4．4 综合分析养护时间的试样的抗侵蚀特性的影响

5．5 水力梯度对土体抗侵蚀特性的影响

5．5．1 SL-I组试样的抗侵蚀特性分析

5．5．2 MG-I组试样的抗侵蚀特性分析

5．5．3 JN-I组试样的抗侵蚀特性分析

5．5．4 综合分析水力梯度的试样的抗侵蚀特性的影响

5．6 竖向压力对抗侵蚀特性的影响

5．6．1 SL-P组试样的抗侵蚀特性分析

5．6．2 MG-P组试样的抗侵蚀特性分析

5．6．3 JN-P组试样的抗侵蚀特性分析

5．6．4 综合分析竖向压力对试样的抗侵蚀特性的影响

5．7 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文的主要研究工作及结论

6．2 研究展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果