東非黑棉土的膨脹特性及處治技術研究.pdf

1、近年來，我國工程建設集團在東非國家承擔的公、鐵路建設項目中，經常遇到當地黑棉土帶來的工程問題。由于黑棉土具有較強的膨脹性，會使道路工程產生嚴重病害，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進行深入研究，可以增加工程安全性、降低工程造價、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行了詳細地調研，并借助工程勘察資

2、料和土工現場試驗，對東非黑棉土的工程性質進行了初步地分析。
　　對東非黑棉±原狀土祥的基本工程性質進行了試驗和分析。依據土壤發(fā)生學的理論，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行了研究。結果表明，東非黑棉土的黏粒含量高，液限和塑性指數高，自由膨脹率大，蒙脫石含量高，交換性陽離子數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、源于有機質的嚴重浸染和含鐵蒙脫石。提出了改進的差分自由膨脹率指標和試驗方法，闡述了其微觀機理，進行了相關性分析并確定了膨脹勢分級標準。
　　在分子模擬軟件中應用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;應用Skipper，chang以及Chavez-Paez等人的懷俄明蒙脫石參數構建蒙脫石晶胞模型;采用Loewenstein規(guī)則處理蒙脫石中的類質同象問題。在此基礎上，根據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型。通過分子力學對蒙脫石超晶胞進行了結構優(yōu)化，隨后應用分子動力學模擬了在等溫等壓(NPT)系綜下蒙脫石超晶胞分子運動的穩(wěn)定狀態(tài)，并通過徑向分布函數(RDF)對層間陽離子的水化狀態(tài)進行分析，進而分析了黑棉土的膨脹機理。由于蒙脫石礦物含量高且蒙脫石礦物層間的補償性陽離子增強了主要陽離子的水化能力，導致了東非黑棉土的強膨脹性。
　　應用不同摻量的石灰、火山灰以及石灰+火山灰對東非黑棉土進行了化學處治，并對