离子界面反应对黄土胶结强度影响的试验研究

论文摘要

对黄土胶结物稳定性及破坏性的研究可以深入理解黄土湿陷、滑坡机制和滑坡过程,进而提出相应的自然灾害防控措施和治理方案。本文的研究目的主要有以下5个方面:1)干燥粘土颗粒在高压作用下的胶结机理;2)粘土矿物水化学作用对粘土矿物颗粒之间胶结物、胶结强度的影响机理;3)阳离子浓度对粘土矿物颗粒之间胶结强度的影响机理;4)阳离子浓度对黄土颗粒之间相互作用能的影响及其对黄土颗粒沉降速率的影响及其机理;5)干密度和含水率对马兰黄土抗剪强度的微观机理。本文主要通过以下方法对黄土颗粒之间胶结强度开展试验研究:1)粘土水化学相互作用试验结合能谱分析方法探究粘土水化学作用对粘土颗粒之间的胶结机理;2)粘土高压试验结合高压作用下粘土胶结物的微观结构来理论分析高压作用下粘土颗粒间的胶结机理;3)通过计算一价金属阳离子浓度对两个相邻粘土颗粒之间相互作用力（静电力、范德华力、水合斥力）的影响分析阳离子对粘土颗粒之间胶结作用的影响;4)利用DLVO理论来解释阳离子浓度对马兰黄土颗粒沉降规律的影响;5)通过直剪试验分析含水率、干密度对马兰黄土颗粒间胶结强度的影响。本文通过以上试验及理论计算得出了以下结论:1)粘土水化学-干燥作用后粘土颗粒发生胶结作用,粘土颗粒之间胶结物中阳含量明显增大;2)范德华力是高压作用下粘土发生胶结的主要控制力;3)阳离子浓度对黄土颗粒之间胶结作用影响的主要原因是阳离子浓度会影响颗粒之间的静电相互作用力;4)阳离子浓度对马兰黄土颗粒的沉降具有显著的影响,主要原因是阳离子浓度对黄土颗粒之间的相互作用能产生影响,进而影响颗粒之间的胶结作用;5)重塑马兰黄土的抗剪强度随其含水率的增加而降低、随着黄土干密度的增大而增强,主要原因是水化学作用使马兰黄土颗粒之间胶结物发生溶解,导致黄土颗粒之间的胶结力降低,黄土抗剪强度减小;马兰黄土干密度增大时,其颗粒之间的距离会减小,使颗粒之间的范德华力变大,马兰黄土的抗剪强度增大。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 论文研究的背景
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 黄土胶结研究现状
•     1.2.2 黄土结构破裂失稳机制
•     1.2.3 黄土电荷及电化学性质
•     1.2.4 黄土颗粒间的相互作用基本理论
•   1.3 研究方法及技术路线
• 第二章 伊利石—水相互作用胶结机理的试验研究
•   2.1 试验设计
•     2.1.1 试验材料及试验仪器
•     2.1.2 试验方法及步骤
•   2.2 试验结果及分析
•     2.2.1 伊利石与水相互作用1小时后的微观结构、胶结物与伊利石颗粒表面的化学成分之间的能谱分析
•     2.2.2 伊利石与水相互作用不同时间后的微观结构及胶结物化学成分变化的能谱分析
•   2.3 机理解释
•     2.3.1 伊利石的电化学性质
•     2.3.2 土—水相互作用机制
•     2.3.3 静电力吸引（库仑力）
•     2.3.4 渗透吸附力
•   2.4 本章小结
• 第三章 伊利石在高压作用下胶结机理的试验研究
•   3.1 试验材料及试验方案
•     3.1.1 试验材料
•     3.1.2 试验方案
•   3.2 试验结果及分析
•     3.2.1 伊利石在不同压力作用下的微观结构分析
•     3.2.2 伊利石在受到1000kN时颗粒之间的微观结构分析
•   3.3 颗粒之间胶结机理解释
•     3.3.1 伊利石在高应力作用下颗粒间相互作用分析
•     3.3.2 颗粒之间的镶嵌作用及机理分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 粘土矿物颗粒的表面性质及界面反应中颗粒间的相互作用力的试验研究
•   4.1 试验材料与方法
•     4.1.1 材料及样品处理
•     4.1.2 伊利石和高岭土的阳离子交换量及比表面的测定
•     4.1.3 粘土矿物的表面电位测定及颗粒表面电场的调节
•     4.1.4 粘土颗粒表面电位随阳离子浓度的变化规律
•   4.2 颗粒间相互作用力的计算
•     4.2.1 颗粒间的静电斥力的计算
•     4.2.2 颗粒间的范德华引力
•     4.2.3 颗粒间的水合斥力
•   4.3 试验结果与讨论
•   4.4 本章小结
• 第五章 离子界面反应对黄土颗粒间相互作用能及颗粒沉降速率的影响的试验研究
•   5.1 试验材料及方案
•     5.1.1 试验材料、仪器
•     5.1.2 试验方案
•   5.2 阳离子浓度对黄土颗粒沉降试验的影响结果及分析
•   5.3 机理解释
•     5.3.1 两个相邻黄土颗粒间的范德华相互作用能
•     5.3.2 不同Zeta电位下两相邻黄土颗粒之间的静电相互作用能
•     5.3.3 不同Zeta电位下两个相邻黄土颗粒之间DLVO相互作用能
•   5.4 本章小结
• 第六章 干密度及含水率对黄土颗粒之间胶结强度的影响
•   6.1 试验材料与方法
•     6.1.1 试验材料
•     6.1.2 试验方法及原理
•     6.1.3 制备黄土直剪试样
•     6.1.4 直剪试验
•   6.2 试验结果及分析
•     6.2.1 不同干密度的马兰黄土直剪试验结果
•     6.2.2 不同含水率的马兰黄土直剪试验结果
•   6.3 机理解释
•     6.3.1 抗剪强度机理解释
•     6.3.2 马兰黄土抗剪强度随其法向荷载变化的微观机理
•     6.3.3 马兰黄土抗剪强度随其干密度变化机理解释
•     6.3.4 马兰黄土抗剪强度随其含水率变化机理解释
•   6.4 小结
• 结论与展望
•   结论
•   展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张宁

导师: 李喜安

关键词: 粘土,黄土,相互作用,胶结

来源: 长安大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,建筑科学与工程

单位: 长安大学

分类号: P642.2;TU444

总页数: 69

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