某大坝防渗土料分散性试验研究

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1、某人坝防渗土料分散性试验研究分散性土是一种在低含盐量水(或纯净水)中，由于离子相互排斥力超过相互吸引力而导致土体颗粒分散的粘性土［1］。它的发现和研究始于20世纪50年代的澳大利亚和美国。随后，世界上许多国家都对其进行研究。我国于20世纪70年代首先在黑龙江发现了分散性粘土，随示在新疆［2］、山东［3］、山西［4］等省的工程实践屮都曾遇到，并对它进行了深入的试验研究。分散性粘土的性质与粘土的物理化学状态和土颗粒表面的电化学性质有关，但工程上常用的土工试验方法不能反映出土的化学状态和土颗粒表血的电化学性质,所以无法鉴定。鉴于目前国内尚无鉴定分散性土的试验规程，本次试验主要参照

2、《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》(SL251-2000)中介绍的双比重计法、针孔试验、碎块试验、孔隙水阳离子试验等4种试验方法和美国材料与试验协会制定的双比重计法(ASTMD4221-99)、针孔试验(ASTMD4647-93(1998))、碎块试验(ASTMD6572-00)等3种试验规程，采用双比重计法、针孔试验、碎块试验、孔隙水可溶盐阳离子试验和全十-的交换性钠百分比试验5种试验方法來综合判别土样的分散性。但这儿种方法的测定结果往往由于土的特姝性而不一致。木文试图通过对某拟建大坝防渗土料分散性的研究，从分散性机理和判断标准来分析这5种方法不相吻合的原因。1土样的基

3、本物理性质试验土样选取某拟建水利工程大坝心墙土料，土样的物理性质列于表1。由表1可见,9组土样的比重为2.64〜2.72,液限为24.3%〜38.0%,塑限为12.8%〜24.2%,塑性指数为8.7〜16.6,均为低液限粘土(CL)o在颗粒组成上，9组土样都以粉粒(0.075〜0.005mm)为主，其含量56.0%〜66.0%,粘粒(2土样的基木化学性质土样化学性质列于表2o由表2可见，这9组土样的易溶盐含量为().234〜().533g/kg,在阴离了中，HCO3■含量大，在阳离了中，62+含量大。中溶盐含量为0.33〜0.95g/kg滩溶盐含量在11.41〜148.79

4、g/kg，其中土样1、3、6、7、8、9号较高，超过100g/kg,其余3组土样较低;有机质含量为2.25〜39.07g/kg,其中土样1、3、6、7、8、9号较低，低于10g/kg,其余3组土样较高。土样pH值为7.98〜9.07,呈碱性。1土样的粘土矿物成分不同类型的粘土矿物，具有不同的晶格结构，同时也就决定了其具有不同的性质。如蒙脱石是2：1型矿物，晶层间联结弱，结合力小，品格具有扩展性。伊利石也是2：1型矿物，但是由于伊利石层间有K+联结，晶层联结较牢固，其分散性和胀缩性较蒙脱石弱。高岭石属于1:1型矿物，层间结合牢固，晶格无扩展性，其分散性和胀缩性最小。因此，在鉴

5、定土的分散性时，也应当分析十的矿物成分，从微观角度来分析十的分散性产生的内在因索。土样的粘土矿物成分分析试验结果见表3。由表3可见，这9组土样的粘土矿物类型是没有多人区别的，主要成分均是伊利石，其含量占全土的12.4%〜26.3%,少量伊利石以伊利石一蒙脱石混层矿物形式存在。蒙脱石的含量较伊利石的少，其含量占全土的4.7%〜8.7%,且以伊利石一蒙脱石混层矿物形式存在。其中2、4号中蒙脱石的含量相对较大，分别为8.7%和7.5%,其余7组土样的含量较少。土中蒙脱石的存在是产生分散性的前提条件,从矿物化学角度來说，由于2、4号中蒙脱石的含量较大，所以2、4号土样的分散性应大于

6、其它几组土样。4结果与讨论根据当前通用的关于分散性粘土鉴定的5种方法，对9组土样进行试验，试验方法参见文献[5〜7],试验结果见表4。根据判定标准,将5种试验的判断结果列于表5。5种方法判定的结果不尽相同，而n与粘土矿物鉴定结果出现分歧。经过分析，可以从以下几个方面來进行解释。注:土样分散性判断标准:①双比重计试验。非分散土，SCSI时，非分散土，PS13o4」从分散性十-的分散性机理考虑分散性土能在纯净水中大部分或全部口行分散成原级颗粒。土在水中分散的实质是土粒间的连接在水的作用下破坏的过程，也是土粒间斥力超过引力，使得相互排斥作用占优势的结果。在土水体系中，十粒间排斥作

7、用与土粒表面扩散双电层的发冇程度密切相关。当双电层充分扩展、土粒间势能较高时，土水体系由动力学和热力学均不稳定的状态变成基本上相对稳定的状态。处于这种稳定状态的分散土粒可以随水流动，为土体的渗透变形和破坏提供了条件。一般认为土具有分散性的3个条件是：（1）含有一定量的结构不稳定的粘土矿物，即蒙脱石。蒙脱石类粘土矿物也属于2：1型矿物，即由2个硅氧四面体夹1个铝氧8面体形成3层矿物，但是片与片之间无K+联结，水可以进入片层之间，使晶体产生很人的体积改变。同时蒙脱石同晶置换较多，产生的负电也较多，需吸附较多的阳离子來平