石灰加固膨胀土机理研究综述和展望.pdf

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1、第32卷第4期长江科学院院报Vo1．32No．42015年4月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteApr．2015DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2015．04．0132015，32(04)：65—70石灰加固膨胀土机理研究综述和展望赵红华a·。龚壁卫。赵春吉h，，刘军(1．大连理工大学a．工业装备与结构分析国家重点实验室；b．工程力学系，辽宁大连116024；2．长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉430015)摘要：对石灰加固膨胀土机理的研究现状进行了综述，

2、明确了石灰加固膨胀土性质变化的过程：离子交换是石灰加入土中最先发生的反应，之后发生絮凝和结团、结块，使膨胀土的性质快速发生变化。现有机理研究成果表明：硬凝反应是一个长期的过程，能提高土体的强度；碳酸化和结晶作用也有助于提高土体的强度；扩散和胶结是使土体内部产生变化的原因；微观结构和矿物组成的变化是石灰改性膨胀土的内因。提出了进一步从土中离子含量的定量变化、土的微观结构的定量分析、以及石灰加固膨胀土中吸力的变化等方面开展石灰加固膨胀土机理研究的新思路；并阐述了石灰加固膨胀土可能带来的环境污染基本上可以忽略。研究工作将有助于进～步揭示石灰改性膨胀土的机理。关键

3、词：石灰加固膨胀土；加固机理；微观结构；矿物组成；硬凝反应中图分类号：TU443文献标志码：A文章编号：1001—5485(2015)04—0065—06要有2类理论得到大家的普遍认可。一类是基于黏土矿物学的晶格扩张理论。。；另一类是基于现代1研究背景胶体化学的双电子层理论“j。另外关于膨胀土膨胀土是一种典型的非饱和土，也是世界上分的胀缩还存在微观结构理论和物理力学理论等。布最为广泛的问题土之一，在世界范围内如美国、巴晶格扩张理论认为：主要黏土矿物(蒙脱石、伊西、南非、澳大利亚、印度、阿拉伯等地区都有广泛的利石、高岭石)都是由硅氧四面体和铝氢氧八面体分布一

4、。2种基本结构单元组成，各晶层间由弱键连接，这种膨胀土在我国也有较广泛的分布，如湖北、河结合并不牢固，外界水分子很容易渗入晶格层问，形南、河北、安徽、贵州等10多个省(自治区)均分布成水膜夹层，使晶层与晶层之间的距离加大，从而引有膨胀土J。近20a来，我国大力开展基础工程设起晶格扩张，最终使得土体发生显著膨胀。另外，由施建设，如高速公路建设、南水北调工程，就遇到了蒙脱石组成的膨胀土含有大量的交换性阳离子膨胀土这一难题』。(Na，Ca)，晶层底面具有很高的水化能，当土中膨胀土对环境湿度的变化十分敏感，是一种具有含水量增大时，离子交换作用加剧，晶层间水膜变显著

5、多裂隙性、胀缩性和强度衰减性的高塑性黏土，厚，晶胞距离随之而加大，引起剧烈的晶格膨胀，直它的主要矿物成分由强亲水性矿物蒙脱石和伊利石到膨胀得到充分发展。组成。随含水量的变化，膨胀土存在发生胀缩变形双电子层理论认为，在黏土矿物颗粒表面，由于的特性，对建于膨胀土之上的结构和建筑物造成的破同晶置换作用产生负电荷(Mg置换AI¨)，在颗粒坏是一个长期和反复的过程，这种危害是潜在的。周围形成静电场。由于静电引力，黏土颗粒表面吸膨胀土的主要工程特『生表现为：①周围环境湿润时发附相反电荷的离子(交换性阳离子)，阳离子在水中生膨胀，周围环境干燥时发生收缩；②地层多裂缝；以

6、水化离子的形式存在。带有负电荷的黏土矿物颗③超固结；④吸水易发生崩解；⑤裸露后容易风化；粒吸附水化的阳离子，随距矿物颗粒表面的距离增⑥抗剪强度随土体状态的变化逐渐衰减_8]。加，吸附能力下降，形成扩散形式的离子分布，从而目前，存在多种关于膨胀土胀缩变形的理论，主形成双电子层。随着含水量的增加，结合水膜变厚，收稿日期：2013—12—02；修回日期：2013—12—16基金项目：国家自然科学基金资助项目(51308091)；国家“十二五”科技计划支撑项目(2011BAB10B05)；中央高校基本科研业务费资助项目；归国留学人员科研启动基金资助项目作者简介：赵

7、红华(1977一)，女，山东郓城人，讲师，博士，主要从事岩土与环境力学问题研究，(电话)0411—84706036(电子信箱)zhaoh@dlut．edu．cno长江科学院院报使黏土矿物颗粒问的距离增大，结果导致土的体积加，可以置换出蒙脱石等黏土矿物中吸附的主要水合膨胀；失水时，土中结合水膜变薄或消失，黏土矿物Na，其交换机理如图1所示，此反应式为颗粒间的距离减小，土体表现为体积收缩。对膨胀Na一Al2[Si4O10](OH)2·H2O+Ca—性黏土而言，蒙脱石的含量较高。带负电的蒙脱石Ca¨-A1：[SiO。](OH)：·nH2O+Na。(1)颗粒吸附水

8、化阳离子的能力比较大，其表面双电子黏土颗粒层中扩散层的厚度也较大，