分散性粘土防渗特性及影响因素试验研究

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分散性土的颗粒间隔较大,粒径相对较小,电化斥力大于引力,在水中表现出分散的特性,加之分散性土在我国分布较广,工程应用在所难免,若没有充分掌握其工程特性和使用恰当的处置方法,很容易导致水利工程失事。目前已有研究多集中在分散性粘土的鉴别、变形、防渗性能等角度,对土体基本性质和基础性质与防渗性能之间影响程度的研究尚不完善。因此本文在广泛参考国内外学者对分散性粘土的研究成果的基础上,以掺加石灰和碳酸钠盐可改变土分散性为理论依据,对制备出的不同分散性的土进行了大量的室内试验,探究出分散性土的基本性质及其与渗透、裂缝自愈等特性的影响关系。研究得到了粘土试样界限含水率、颗粒组成、矿物和元素组成、孔隙度、酸碱度、比重等基本特性与分散性之间的相关关系,并基于渗透试验研究了不同分散性土的渗透特性,拟合出不同分散性粘土的渗透系数与生石灰、碳酸钠掺入量之间的关系函数。通过进行裂缝冲刷试验研究出了不同分散性土、不同水头和不同反滤料保护下土体的裂缝自愈性能,并提出了分散性土在工程中具有极大的应用潜力和相应处理对策。本文主要研究结论如下:(1)石灰掺入有效缓解了土的分散性。土样在石灰掺量为0.05%和0.1%时仍具有分散性,但分散性依次减弱;石灰增至0.15%时改性为过渡性土;含量达0.5%时,土体完全没有了分散性。碳酸钠盐可提高土的分散性,掺量0.06%时为过渡性土;在0.1%、0.2%和0.4%时变为分散性土,并且分散程度随碳酸钠掺量的增加而逐渐升高。(2)蒙脱石类矿物在分散性粘土中含量较高,钠离子对分散性具有明显影响,因此分散性强的土中钠离子含量较高;随着土的分散性增大,液限上升而塑限下降,塑性指数增大,土体孔隙度降低,表现出的碱性增强,土分散性减弱时相关特性变化相反。石灰掺量和碳酸钠掺量与土体比重呈线性关系变化,但分散性对比重变化趋势速率具有减缓作用。(3)通过渗透试验可知,随着粘土分散性增大,土的渗透系数逐渐减小,渗透性减弱,石灰和碳酸钠掺量与分散性土的渗透系数之间为对数型变化关系。粘度、孔隙度和初始干密度均对土的渗透系数影响,但分散性土渗透性的主要影响因素仍为分散性。(4)在裂缝冲刷过程中,土体和反滤料共同承担作用水头,反滤料可有效保护土料。随着时间增加和水头的升高,分散性土的缝内坡降增长较为明显,裂缝逐渐自愈。分散性较低的土体裂缝处坍落颗粒较大,缝隙淤堵较快,但最终愈合效果差。分散性土体的裂缝表面土颗粒湿化崩解后掉落颗粒较小,裂缝愈合较慢,最终自愈程度相比非分散性土较好。此外,裂缝自愈特性受到土体基本性质等多种指标变化的影响,塑性指数上升、粘粒含量增多、碱性增强及土体比重、孔隙度下降时,土样缝内坡降增大,裂缝愈合质量变好。诸多因素之中,裂缝自愈性能受土比重影响最为敏感。(5)反滤料粗细程度不同时,受保护的分散性土裂缝自愈性能表现不同。相对于下包线反滤料,反滤料上包线和平均线保护时试样渗透流速相对较小,说明随着反滤料颗粒的减小,反滤层辅助防渗效果越好,使分散性土颗粒受到水头升高的干扰愈小,颗粒散落并重新团聚的过程顺畅,裂缝处新的淤积体由于受到水流干扰小而更加密实,长时间后裂缝愈合质量越好。论文对配置的两组分散性粘土同步试验,以保证结论的准确性和普遍性。研究成果有助于进一步了解粘土分散机理和防渗特性,并可为实际工程中应用和处理分散性粘土提供科学指导。
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