华南红层风化土崩解特性及其改性研究*(2)
表2试验方案Table 2 Test schemes试验编号拟定初始含水率/%实际初始含水率/%压实度/%..........91901.....9180
图2 崩解试验装置Fig. 2 Disintegration test device
1.2 崩解试验结果及分析
1.2.1 不同初始含水率试样崩解试验结果及分析
根据前文的试验方案,进行了同一压实度下不同含水率试样的崩解试验,并用摄像机拍摄了试样崩解过程中,不同时刻的崩解状态(图3~图5)。
图3 0is时刻不同含水率试样崩解状态(压实度80%)Fig. 3 Disintegration state of samples with different moisture content in 0is(compactness 80%)a.ω=16%; b.ω=18%; c.ω=20%; d.ω=22%; e.ω=24%
图4 30is时刻不同含水率试样崩解状态(压实度80%)Fig. 4 Disintegration state of samples with different moisture content in 30is(compactness 80%)a.ω=16%; b.ω=18%; c.ω=20%; d.ω=22%; e.ω=24%
图5 180is时刻不同含水率试样崩解状态(压实度80%)Fig. 5 Disintegration state of samples with different moisture content in 180is(compactness 80%)a.ω=16%; b.ω=18%; c.ω=20%; d.ω=22%; e.ω=24%
图6 崩解剩余量对比图(压实度80%)Fig. 6 Comparison diagram of disintegration residual volume(compactness 80%)
图7 崩解速率对比图(压实度80%)Fig. 7 Disintegration rate contrast diagram(compactness 80%)
根据试验可知,初始时刻(0is),含水率愈低的试样崩解愈为剧烈,且有大量气泡从土体中逸出,在试样裂缝处,气泡逸出的同时将土体顶起、剥落; 随着含水率的增加,试样初始时刻的崩解程度下降,而当含水率超过最优含水率时,试样无变化。初期阶段(30is),仍是含水率愈低,崩解愈为剧烈,但此时气泡逸出数量明显减少,当含水率超过最优含水率时,试样仍然无变化。后期阶段(180is),含水率较低的两组几乎已经崩解完成,且试样呈分散颗粒状崩解,而含水率较高的两组试样崩解十分缓慢,偶有土粒脱落。
崩解过程的定量分析结果(图6、图7)。从图中可以看出:相同压实度下,当试样含水率接近最优含水率时,土样崩解速率极小,且崩解时间较长,而当试样含水率小于最优含水率较多时,崩解速率上升很快,崩解时间也相对缩短较多。其中出现了含水率为16%的试样崩解速率小于含水率为18%的试样崩解速率,原因应是在制样过程中含水率为18%的土样,加水时未搅拌均匀或压样时出现裂隙,导致试样浸水更易崩解。故总的趋势是,相同压实度下,试样含水率越高,崩解总时间越长,峰值崩解速率越低,且峰值速率出现时间会往后移。
1.2.2 不同压实度试样崩解试验结果及分析
从试验结果可知,初始时刻(0is)压实度愈低的试样崩解愈为剧烈,且有大量气泡从土体中逸出,土颗粒呈散粒状,大量剥落,随着压实度的增加,试样在初始时刻的崩解程度下降,而当压实度接近100%时,试样无变化。初期阶段(30is)仍是压实度愈低,崩解愈为剧烈,此时气泡逸出减少,当压实度接近100%时,试样仍然无变化。后期阶段(180is),压实度较低的一组几乎已经崩解完成,且试样呈散粒状大量剥落,而压实度较高的两组试样崩解较慢,试样亦呈散粒状剥落。
崩解过程的定量分析结果(图8、图9)。从图中可以看出:最优含水率下,当试样的压实度接近100%时,土样崩解速率极小,且崩解时间较长,而当试样压实度小于100%时,崩解速率变化很大,崩解时间也相对缩短很多。其中压实度90%与100%崩解速率极为接近,说明在压实度较大,达90%以上时,崩解速率均较小,且变化不大。总的趋势是,最优含水率下,试样压实度越高,崩解总时间越长,峰值崩解速率越低。
图8 崩解剩余量对比图(最优含水率)Fig. 8 Comparison diagram of disintegration residual volume(optimal water content)
图9 崩解速率对比图(最优含水率)Fig. 9 Disintegration rate contrast diagram(optimal water content)
2 华南红层风化土崩解破坏机理
土体的崩解性主要与土体的组分、组构等因素有关。
图10 黏土矿物水化Fig. 10 Hydration of clay mineralsa. 高岭石; b. 由表面离子吸附的水; c. 与表面OH及O连结的水;d. 侧边断口上吸附的阳离子; e. 矿物外表面多层吸附水;f. 氢离子; g. 水
首先,从红层风化土的矿物成分及其物理化学性质来分析:根据上文试验结果,红层风化土颗粒粒径在0.1imm以下颗粒占比近50%,即其成分以细粉砂为主,同时也有较多的黏粒成分。在与水的作用下,黏土颗粒同时受到分子间作用力和带电粒子的静电斥力。由于红层风化土中含有高岭石等黏土矿物,其阳离子中含有Na+等一价离子,其结合能较小,解离机率则较大。且Na+离子与水反应后,在水的作用下,土体颗粒中黏粒表面的双电层结构会减弱颗粒间分子作用力,土体颗粒解离出的离子间的静电引力也会转为水分子间的极性作用力,且强度较弱; 但相反,土体颗粒中黏粒间的斥力却增强,其结果导致土体的应力不平衡,因而产生应力集中,最终使得土体发生软化,进而在结构上失去连结作用而崩解破坏。黏土矿物水化示意图(图10)。
文章来源:《华南国防医学杂志》 网址: http://www.hngfyxzz.cn/qikandaodu/2021/0112/396.html
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