离子土固化剂固土过程中阳离子交换激光击穿光谱研究

摘要

我国滑坡灾害严重,给国家经济建设和人民生命财产安全造成了极大的威胁。离子土固化剂(Ionic Soil Stabilizer,简称ISS)作为一种新型、便捷、快速的滑坡固化方法已得到了广泛的应用,但其理论研究却明显滞后于实际应用,这会直接影响到它在工程中的应用前景、地质灾害的有效防治以及工程的造价。另外,传统的研究方法大都比较繁杂,需要取样、制样,人为误差较大。本文提出采用一种全新的方法——激光击穿光谱(Laser-induced Breakdown Spectroscopy,简称LIBS)技术,对离子土固化剂固土过程中的阳离子交换进行了一系列有意义的探索,并初步分析了阳离子交换量与土壤工程性质的关系,具体工作如下:
　　(1)渗透实验。将加固渗透后的膨胀土试样进行LIBS探测,并与加蒸馏水的试样进行对比,发现第三次渗透样品中有大量的阳离子被交换出来,充分说明了LIBS技术可用于阳离子交换探测。同时,为了提高LIBS技术的检测能力和稳定性,利用滤纸作为基底将试样液体转化为固体进行探测,取得了很好的实验效果。
　　(2)标准土样实验。分别对高岭土、红粘土,石英砂等7种标准素土进行了实验研究,结果发现高岭土和石英砂离子交换作用较弱,滑带土、中膨胀土、蒙脱土离子交换作用较强,配比为1:200的固化剂对大多数土壤而言固化效果较好。
　　(3)加压模拟实验。为了模拟三峡库区香溪河段水库水位每年有30米涨落的周期性水文条件,自行设计了一个加压装置,在不同气压条件下,对不同配比的土壤进行了模拟研究,结果发现,不同气压条件下,气压越大,离子交换反应越快。
　　(4)固化时间实验。为了探索固化剂与土壤的作用时间和固化效果的关系,分别对经过不同时间加固的滑带土、膨胀土和红粘土进行了研究。结果发现,1:100滑带土最佳固化时间大概为20小时,1:100膨胀土和红粘土最佳固化时间在34小时左右,1:200膨胀土则大概在48小时。
　　(5)阳离子交换量与工程性质关系研究。对不同配比ISS处理过的红粘土和滑带土进行了离子交换量LIBS探测研究,并通过与工程性质的比对,分析发现阳离子交换的越多越快,土壤的塑性指数越低,工程性质越好。
　　上述实验结果充分说明了LIBS技术用于ISS阳离子交换探测是可行的,其相关研究为LIBS技术应用到滑坡动态的实时在线监测奠定了坚实的基础,同时也为坡岸稳定性及灾害防治理论的研究开辟了新的思路。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 激光击穿光谱技术的应用动态

1.3 本论文的研究内容

第2章 激光击穿光谱技术的基本原理

2.1 发射光谱分析理论

2.2发射光谱分析的性能指标

2.3 激光等离子体基本理论

2.4 激光等离子体形成过程

2.5 光谱定性分析

2.6 光谱定量分析

2.7 本章小结

第3章 激光击穿光谱实验装置

3.1 激光光源

3.2 收光系统

3.3分光系统

3.4信号探测系统

3.5本章小结

第4章 LIBS探测阳离子交换实验研究

4.1 渗透实验研究

4.2 标准土样实验研究

4.3加压模拟实验研究

4.4固化时间实验研究

4.5 本章小结

第5章 阳离子交换量与土壤工程性质关系研究

5.1样品制备

5.2实验研究

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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