常温、常压、常态的大气环境下黏性土微观孔隙的缓慢变异特征.pdf

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1、中国科学：技术科学2014年第44卷第2期：189～200《中国科学》杂志社www．scichina．comtech．scichina．comSClENCECHINAPRESS常温、常压、常态的大气环境下黏性土微观孔隙的缓慢变异特征张先伟，孔令伟中国科学院武汉岩土力学研究所，岩土力学与工程国家重点实验室，武汉430071E—mail：xwzhang@whrsm．accn收稿日期：2013—06．27：接受日期：2013—11-25国家自然科学基金(批准号：41102200，51179186)资助项目摘要作为建筑材料和地基的土体处于常温、常压、常态

2、的大气环境下，大气氧化过程是缓慢的、关键词不易察觉的，但对土质长期劣化效果不容忽视．本文以此命题为出发点，以大气氧化过程中微观孔i大气环境湛江黏土隙变化特征为突破口，联合扫描电镜测试、压汞法及氮吸附法研究大气环境作用对湛江黏土的微观微观结构结构改造作用及其对土性影响机理．研究表明，大气氧化后土色由青灰色、绿灰色变为淡黄棕、黄孔隙棕色，颗粒团聚程度增强，塑性降低，膨胀性与收缩性减弱，灵敏性与结构屈服强度明显降低．大气孔径分布环境作用对d<0．1／am孔隙组产生“缩合”效果，对d>lpm孔隙组产生“胀散”效果，表现为氧化土的氮吸附法总孔隙体积减小，但

3、d>l岬的孔隙体积明显增大，局部出现断裂孔隙，“墨水瓶”型孔隙减少，开放性孔隙向封闭性孔隙转化．湛江黏土在大气影响下土性发生异变并不是土的矿物本性变化所引起，而是水一土一电解质一大气间的化学反应与运动导致颗粒联结形式更改进而重塑微观结构所导致，土的超微观结构形态变化是发生这一现象的根本因素．鉴于大气氧化过程导致的结构强度的减损效果对土体稳定性的影响是长期的且潜在危害较大，应加强监测环境物化因素变化对岩土工程的影响．随着我国城市化、工业化发展进程加快，我们赖自2011年10月以来，我国京津冀、河南、山东、以生存的岩土圈环境日益恶化，环境岩土工程问题

4、已山西、江苏等地区陆续出现大范围雾霾天气，空气质成为我国岩土工程和环境工程工作者的研究热点．环量明显下降，截止至2013年3月，雾霾面积已达130境岩土工程的出发点是要改变岩土工程领域中单纯用万平方公里_1]．人们在关注这种富含二氧化硫、氮氧力学观点解决各种岩土工程问题的传统方法，强调要化物和PM2．5的雾霾对环境和人类健康的不利影响考虑化学的、生物的、环境因素等非力学因素对岩土的同时也为我们提出了一个新的环境岩土工程的科工程的影响．传统的岩土力学较多关注机械力学对岩学问题，大气气体与岩土体介质会发生何种交互作土物性和力学性状的影响，力学状态的改

5、变是控制影用?它对岩土体的基本性质有何影响?其影响程度响土性的主要因素，但只是短期影响；而忽略了环境如何?又会产生什么的工程灾害?因素的长期影响作用，由于其作用主要在岩土物性上，事实上，作为建筑材料和地基的土和岩体直接它对岩土的力学性质起着决定性和控制性作用．处于大气中，大气与岩土体之间的水分和能量的交引用格式：张先伟，孔令伟．常温、常压、常态的大气环境下黏性土微观孔隙的缓慢变异特征中国科学：技术科学，2014，44：189—200，doi：10．1360／092013—720ZhangXW，KongLWResearchonvariability

6、characteristicsofmicroporeofZhanjiangclayunderambienttemperatureandpressure，normalatmospheric(inChinese)．SciChinaTechSci(ChinVer)，2014，44：189-200，doi：10．1360／092013—720张先伟等：常温、常爪、常念的大气环境下黏性土微观孔隙的缓慢变异特征换过程中，会使其化学组分、矿物成分发生变异，天壁取土器，采用快速静压、低速拔起的方法取样．试然结构形态为适应环境变化发生重组，甚至破坏，导验上样为14

7、．0～16．0m的第四系下更新统湛江组海陆致岩土体的工程特性逐渐发牛劣变，强度不断衰减，交互相沉积(Q；m)黏性土，简称湛江黏从而引发灾难性的工程问题，造成生命财产的损失和环境的恶化l2】．1995年，Cotecchia与Chandler报道1．2试样制备方法了位。-意大利Pappadai地区的更新世黏士，上部淡试验的口的是比较新鲜的原状与大气氧化土黄色黏的孔隙比与液性指数普遍小r下部的灰色的基本性质的异同．为了避免原状土干燥样制备过黏【，这是由十第系时代谷底水位升降变化导致程中受大气氧化影响，我们发明用低温冷冻真窄升上部灰色黏土被大气氧化、干缩

8、产生的土性异变现华十燥法制样．首先，将土样从薄壁器中推出，用刀象I1．以往研究表叫，黏性1的裂隙性1、灵敏度15,61、削去表层土．切成