邯郸市膨胀土胀缩微观机理与力学效应

摘要

膨胀土中含有的亲水性粘土矿物较多，因此它在遇到水时，体积会立刻膨胀增大;在失去水时，会马上收缩干裂，是一种高塑性粘性土。这种性质将会极大地降低工程的安全性或可用性。
　　本文以南水北调工程中邯郸市西北部的两层代表性膨胀土作为研究对象，通过查阅相关资料、大量室内土工试验和微观试验分析，开展膨胀土的胀缩特性和力学效应对比研究，主要内容和结论如下:
　　(1)通过X射线衍射试验、扫描电镜试验及X射线荧光光谱分析试验得到了邯郸市膨胀土的矿物相组分、微观结构形态和氧化物含量等资料。
　　(2)通过对膨胀土含水率、重度、孔隙比、液塑限等进行的试验，很准确地获得了邯郸市膨胀土物理力学性质指标，并且采用自由膨胀率与50kPa荷载下一维有荷膨胀率的这两项指标，来判别邯郸市研究区这两层膨胀土的胀缩性。
　　(3)通过膨胀力试验和直接剪切试验，得到了膨胀土的强度指标（即膨胀力，内摩擦角和粘聚力等）。试验结果表明，膨胀土在干燥时强度非常高，不过一旦遇水，便会迅速膨胀、膨胀力变大、强度急速下降。
　　(4)从微观结构的角度合理解释了膨胀土的胀缩性及其力学效应机理。除此之外，还通过扫描电镜试验来分析直剪、固结试验后土样的微观变化。
　　通过上述大量关于膨胀土的试验研究，不难得出以下结论:从微观上讲，邯郸市西北部研究区的这两层膨胀土的粘土矿物主要以蒙脱石为主，结构特征主要是絮状与粒状堆叠结构，片状聚集体与单粒体并存，微裂隙发育且定向性明显，孔隙比大，孔隙分形维数与颗粒尺寸也比较大;从宏观上讲，该区膨胀土的胀缩性都不是很强，第一层属于弱膨胀土，第二层属于中膨胀土。本文依据这些试验结果为基础，研究了邯郸市膨胀土微观粘土矿物成分与结构特征的角度来分析膨胀土显著的胀缩性与力学效应。希望能给从事邯郸市膨胀土工程设计和施工的工程师及科学工作者们提供一些新的资料，对传统的原理和做法有所延伸和补充。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外膨胀土的研究现状

1．2．1 膨胀土的胀缩机理研究现状

1．2．2 膨胀土的力学效应研究现状

1．3 研究内容

1．4 研究方法与技术路线

第2章 膨胀土的研究概述

2．1 膨胀土的概念、分布、成因

2．1．1 膨胀土的概念

2．1．2 膨胀土的分布

2．1．3 膨胀土的成因

2．2 膨胀土的基本特征

2．2．1 膨胀土的地形地貌特征

2．2．2 膨胀土的物质组成

2．2．3 膨胀土的结构与构造特征

2．2．4 膨胀土的物理力学特征指标

2．2．5 膨胀土的胀缩变形特征

2．3 国内外膨胀土的判别方法与分类标准

2．3．1 国内外膨胀土的判别方法

2．3．2 国内外膨胀土的分类标准

2．4 国内外常见的膨胀土改良方法

2．4．1 物理方法

2．4．2 化学方法

2．5 本章小结

第3章 邯郸市膨胀土的成因、成分、结构特征研究

3．1 邯郸市膨胀土的成因、分布与成分

3．1．1 邯郸市膨胀土的分布及土样的采集

3．1．2 邯郸市膨胀土的成因及特征

3．1．3 邯郸市膨胀土的成分简介

3．2 微观试验方法简介

3．2．1 扫描电镜试验

3．2．2 X射线衍射试验

3．2．3 X射线荧光光谱分析试验

3．3 邯郸市膨+Z脓z土矿物成分与结构特征的微观研究

3．3．1 研究区土样矿物成分研究

3．3．2 试验土结构特征研究

3．3．3 膨胀土矿物成分与微观结构的关系分析

3．4 本章小结

第4章 邯郸市膨胀土的工程特性研究

4．1 邯郸市膨胀土的基本物理性质试验研究

4．1．1 含水率试验

4．1．2 颗分试验

4．1．3 重度试验

4．1．4 液塑限试验

4．2 邯郸市膨胀土的力学性质试验研究

4．2．1 固结压缩试验

4．2．2 直剪试验

4．3 邯郸市膨胀土的胀缩性质试验研究

4．3．1 自由膨胀率试验

4．3．2 有荷膨胀率试验

4．3．3 收缩试验

4．3．4 膨胀力试验

4．4 本章小结

第5章 邯郸市膨胀土的胀缩机理与力学效应分析及治理对策

5．1 矿物成分对膨胀土关键性质的影响

5．1．1 对胀缩性的影响

5．1．2力学效应分析

5．2 微观结构特征对膨胀土关键性质的影响

5．2．1 对胀缩性的影响

5．2．2 力学效应分析

5．2．3 子L隙比与含水率

5．3 邯郸市膨胀土的治理对策建议

5．3．1 换土法

5．3．2 湿度控制法

5．3．3 桩基础

5．3．4 化学改良法

5．3．5 生物法

5．4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

作者简介

研究生期间发表的学术论文