人工胶结红黏土的微观结构及力学性质

【摘要】：红黏土中的游离氧化铁胶体在天然土体中普遍存在,这种类型的土通常具有很好的力学性能。随着我国经济的高速发展,红土被大量用作建筑地基和材料使用。因此,对红土的深入研究就显得十分必要和紧迫。本文以高岭土和游离氧化铁胶体形成初始人工胶结红黏土为试验材料,开展以不同胶体含量、干湿循环次数和养护时间为影响因素的红黏土为对象的试验,包括无侧限抗压强度、固结压缩、三轴剪切、核磁共振、X衍射和电镜扫描试验。详细研究了红黏土的压缩及抗剪强度变化规律、游离氧化铁矿物及微观孔隙的变化、胶结机理、胶结影响因素、胶结动态变化规律、胶结性参数与变形-强度的关系。探讨游离氧化铁在红黏土结构强度形成和强度增长过程中的变化规律。主要结论如下:1、采用了无胶结的高岭土和单一变量的氢氧化铁胶体,得到具有影响因素单一的人工红黏土样。设计了相应的人工红黏土的制备装置。此时的人工红黏土处于红土化的初始阶段。解决和解释了由于区域的差异造成红黏土性质不同的原因。2、红黏土的塑性指数与黏粒含量成正相关性,分形维数与土壤粒径分布之间存在着高度的线性相关。比表面积与液限和塑性指数的关系符合指数规律。人工红黏土样的抗剪强度峰值对应的应变与最大剪胀不同,当围压足够大时,抵抗压力的主要影响因素是土体颗粒。3、本文结合NMR试验对人工红黏土样的内部孔径的分布以及孔隙大小和数量的变化规律进行研究,得到其孔径的变化规律。红黏土的红土化作用大小规律为:胶体含量干湿循环养护时间。游离氧化铁胶体含量、干湿循环次数和养护时间在红黏土的红土化过程中孔隙体积变化最大增长率为31%、5.6%和0.35%。4、人工红黏土矿物分析结果表明游离氧化铁矿物的形态变化规律为水铁矿→纤铁矿→针铁矿→赤铁矿。当养护龄期达到80d时,出现针铁矿和赤铁矿。因此游离氧化铁铁质矿物之间的转变有助于我们重建红黏土红土化过程的演变。5、扫描电镜试验发现红黏土试样颗粒孔隙随着养护龄期和游离氧化铁含量增加而逐渐被红化产物填满,红黏土样的胶结接触面也增加,同时铁的矿物类型也发生了转变,针铁矿和赤铁矿的含量逐渐增多。其宏观表现在内聚力的增加和压缩系数的减小。6、建立了由红黏土胶结引起的结构性变化的宏观力学强度与微观结构的定量分析研究。提出应变胶结性参数和应力胶结性参数,描述了游离氧化铁胶体含量、养护龄期和干湿循环次数与胶结参数的变化规律,以此来描述红黏土的胶结特性与变形-强度的关系。同时对文中的人工红黏土和其它区域的土样进行归一化处理,得到比较理想的结果和规律。