東非黑棉土的膨脹特性及處治技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，我國(guó)工程建設(shè)集團(tuán)在東非國(guó)家承擔(dān)的公、鐵路建設(shè)項(xiàng)目中，經(jīng)常遇到當(dāng)?shù)睾诿尥翈?lái)的工程問(wèn)題。由于黑棉土具有較強(qiáng)的膨脹性，會(huì)使道路工程產(chǎn)生嚴(yán)重病害，因而不得不采用換填方案，增加了工程成本和土方量。對(duì)東非黑棉土的膨脹特性和處治技術(shù)進(jìn)行深入研究，可以增加工程安全性、降低工程造價(jià)、提升環(huán)境效益。
　　依托中資企業(yè)在東非地區(qū)的公、鐵路工程項(xiàng)目，對(duì)東非黑棉土的概念、危害、分布以及地形地貌特征和氣候特征等情況進(jìn)行了詳細(xì)地調(diào)研，并借助工程勘察資

2、料和土工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)東非黑棉土的工程性質(zhì)進(jìn)行了初步地分析。
　　對(duì)東非黑棉±原狀土祥的基本工程性質(zhì)進(jìn)行了試驗(yàn)和分析。依據(jù)土壤發(fā)生學(xué)的理論，對(duì)東非黑棉土所屬土綱、黑色成因和主要膨脹性礦物來(lái)源等進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，東非黑棉土的黏粒含量高，液限和塑性指數(shù)高，自由膨脹率大，蒙脫石含量高，交換性陽(yáng)離子數(shù)量大且以鈣離子為主，CBR值很小。東非黑棉土屬于典型的變性土，其中的蒙皂石族膨脹性礦物主要來(lái)源于中基性火山巖的原生和次生作用，其暗色主要來(lái)

3、源于有機(jī)質(zhì)的嚴(yán)重浸染和含鐵蒙脫石。提出了改進(jìn)的差分自由膨脹率指標(biāo)和試驗(yàn)方法，闡述了其微觀機(jī)理，進(jìn)行了相關(guān)性分析并確定了膨脹勢(shì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
　　在分子模擬軟件中應(yīng)用SPC/E位能模型、UFF力場(chǎng)、電荷平衡(QEq)算法和周期性邊界等建立體系;應(yīng)用Skipper，chang以及Chavez-Paez等人的懷俄明蒙脫石參數(shù)構(gòu)建蒙脫石晶胞模型;采用Loewenstein規(guī)則處理蒙脫石中的類(lèi)質(zhì)同象問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)東非黑棉土和我國(guó)膨脹土的

4、層間陽(yáng)離子特征建立了三種蒙脫石構(gòu)型。通過(guò)分子力學(xué)對(duì)蒙脫石超晶胞進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，隨后應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)模擬了在等溫等壓(NPT)系綜下蒙脫石超晶胞分子運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定狀態(tài)，并通過(guò)徑向分布函數(shù)(RDF)對(duì)層間陽(yáng)離子的水化狀態(tài)進(jìn)行分析，進(jìn)而分析了黑棉土的膨脹機(jī)理。由于蒙脫石礦物含量高且蒙脫石礦物層間的補(bǔ)償性陽(yáng)離子增強(qiáng)了主要陽(yáng)離子的水化能力，導(dǎo)致了東非黑棉土的強(qiáng)膨脹性。
　　應(yīng)用不同摻量的石灰、火山灰以及石灰+火山灰對(duì)東非黑棉土進(jìn)行了化學(xué)處治，并對(duì)