東非黑棉土的膨脹特性及處治技術(shù)研究.pdf

1、近年來，我國工程建設(shè)集團(tuán)在東非國家承擔(dān)的公、鐵路建設(shè)項(xiàng)目中，經(jīng)常遇到當(dāng)?shù)睾诿尥翈淼墓こ虇栴}。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)場試驗(yàn)，對東非黑棉土的工程性質(zhì)進(jìn)行了初步地分析。
　　對東非黑棉±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，對東非黑棉土所屬土綱、黑色成因和主要膨脹性礦物來源等進(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源于中基性火山巖的原生和次生作用，其暗色主要來

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、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質(zhì)同象問題。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)東非黑棉土和我國膨脹土的

4、層間陽離子特征建立了三種蒙脫石構(gòu)型。通過分子力學(xué)對蒙脫石超晶胞進(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)，并通過徑向分布函數(shù)(RDF)對層間陽離子的水化狀態(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)償性陽離子增強(qiáng)了主要陽離子的水化能力，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+火山灰對東非黑棉土進(jìn)行了化學(xué)處治，并對