改性水玻璃固化黃土的水穩(wěn)性機(jī)理研究

第1 章緒論/1

1.1 濕陷性黃土地基處理與加固/1

1.1.1 濕陷性黃土地基處理與加固的必要性/1

1.1.2 濕陷性黃土地基常用處理與加固技術(shù)/2

1.1.3 水玻璃改性及固化黃土機(jī)理的研究意義/4

1.2 水玻璃固化黃土技術(shù)現(xiàn)狀/5

1.2.1 注漿技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展/5

1.2.2 水玻璃固化黃土水穩(wěn)性機(jī)理認(rèn)識/7

1.3 改性水玻璃固化黃土水穩(wěn)性機(jī)理研究的方法、內(nèi)容和技術(shù)路線/9

參考文獻(xiàn)/11

第2 章濕陷性黃土工程特性與微結(jié)構(gòu)/19

2.1 黃土地質(zhì)地貌概況/19

2.1.1 黃土分布/19

2.1.2 黃土地貌/21

2.1.3 黃土地層與厚度/22

2.2 黃土物質(zhì)組成/24

2.2.1 粒度成分/24

2.2.2 礦物成分/25

2.2.3 化學(xué)成分、易溶鹽及水鹽效應(yīng)/25

2.3 黃土工程性質(zhì)/26

2.3.1 黃土濕陷性/27

2.3.2 黃土動力特性/30

2.4 黃土濕陷機(jī)理與微結(jié)構(gòu)研究/32

2.4.1 黃土濕陷機(jī)理/32

2.4.2 黃土微結(jié)構(gòu)研究/33

參考文獻(xiàn)/39

第3 章水玻璃基本性質(zhì)及其改性方法/45

3.1 水玻璃基本性質(zhì)/45

3.1.1 鈉水玻璃/45

3.1.2 鉀、鋰水玻璃/50

3.2 水玻璃的老化與改性方法/51

3.2.1 水玻璃老化性質(zhì)/51

3.2.2 水玻璃的物理改性/52

3.2.3 水玻璃的化學(xué)改性/53

參考文獻(xiàn)/55

第4 章水玻璃固化黏土礦物的試驗(yàn)研究/57

4.1 試驗(yàn)方案/58

4.1.1 試驗(yàn)材料/58

4.1.2 試樣制備/58

4.1.3 試驗(yàn)方法/59

4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析/59

4.2.1 掃描電鏡分析（SEM）/59

4.2.2 X 射線衍射分析（XRD）/61

4.2.3 X 射線光電子能譜分析（XPS）/64

4.3 水玻璃固化黏土礦物機(jī)理/66

4.4 小結(jié)/67

參考文獻(xiàn)/68

第5 章CO2 改性水玻璃固化黃土水穩(wěn)性機(jī)理/70

5.1 研究區(qū)工程地質(zhì)性質(zhì)/70

5.1.1 場地工程地質(zhì)條件/71

5.1.2 地基土物理力學(xué)性質(zhì)/72

5.1.3 地基土化學(xué)成分及性質(zhì)/73

5.1.4 地基土微結(jié)構(gòu)特征/74

5.2 加氣硅化黃土工程性質(zhì)/78

5.2.1 浸液和浸水載荷試驗(yàn)/78

5.2.2 物理性質(zhì)/79

5.2.3 水理性質(zhì)/81

5.2.4 變形性質(zhì)/82

5.2.5 抗壓強(qiáng)度/83

5.2.6 抗剪強(qiáng)度/83

5.2.7 土動力特性/84

5.3 加氣硅化黃土細(xì)觀結(jié)構(gòu)/86

5.4 加氣硅化黃土微結(jié)構(gòu)/87

5.4.1 掃描電鏡及其數(shù)字圖像分析/87

5.4.2 孔隙測試/90

5.5 加氣硅化黃土化學(xué)分析/91

5.5.1 X 射線能量色散譜分析/92

5.5.2 化學(xué)成分分析/92

5.5.3 X 射線衍射分析/94

5.6 CO2改性水玻璃固化黃土水穩(wěn)性機(jī)理/96

5.7 基于加氣硅化法的黃土濕陷機(jī)理/99

參考文獻(xiàn)/101

第6 章加熱改性水玻璃固化黃土水穩(wěn)性機(jī)理/103

6.1 試樣制備/103

6.2 加熱改性水玻璃固化黃土強(qiáng)度特征/104

6.3 微觀結(jié)構(gòu)特征分析/105

6.3.1 掃描電鏡（SEM）分析/105

6.3.2 壓汞試驗(yàn)（MIP）分析/107

6.4 X 射線衍射分析/108

6.5 加熱改性水玻璃固化黃土機(jī)理/110

參考文獻(xiàn)/111

第7 章復(fù)合改性水玻璃固化黃土水穩(wěn)性機(jī)理/113

7.1 試樣制備/113

7.2 復(fù)合改性水玻璃固化黃土強(qiáng)度特征/114

7.3 微觀結(jié)構(gòu)特征分析/114

7.3.1 掃描電鏡（SEM）分析/114

7.3.2 壓汞試驗(yàn)（MIP）分析/116

7.4 X 射線衍射分析/118

7.5 復(fù)合改性水玻璃固化黃土機(jī)理/119

參考文獻(xiàn)/121

第8 章改性水玻璃固化黃土凍融耐久性研究/123

8.1 試驗(yàn)材料和方法/123

8.1.1 試驗(yàn)材料/123

8.1.2 凍融循環(huán)與強(qiáng)度試驗(yàn)/124

8.1.3 微結(jié)構(gòu)試驗(yàn)/124

8.2 加熱改性水玻璃固化黃土的凍融試驗(yàn)結(jié)果/125

8.2.1 加熱改性水玻璃固化黃土凍融循環(huán)試驗(yàn)/125

8.2.2 加熱改性水玻璃固化黃土凍融循環(huán)強(qiáng)度特征/127

8.2.3 加熱改性水玻璃固化黃土凍融循環(huán)樣掃描電鏡（SEM）分析/128

8.3 復(fù)合改性水玻璃固化黃土凍融試驗(yàn)結(jié)果/130

8.3.1 復(fù)合改性水玻璃固化黃土凍融循環(huán)試驗(yàn)/130

8.3.2 復(fù)合改性水玻璃固化黃土凍融循環(huán)強(qiáng)度特征/132

8.3.3 復(fù)合改性水玻璃固化黃土凍融循環(huán)掃描電鏡（SEM）分析/134

8.4 小結(jié)/135

參考文獻(xiàn)/137

第9 章結(jié)論與展望/139

9.1 結(jié)論/139

9.2 展望/142 2100433B

本書在總結(jié)濕陷性黃土地基處理和加固工程實(shí)踐與科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，利用多種現(xiàn)代測試技術(shù)和分析方法，從改性水玻璃固化黃土的強(qiáng)度、變形性質(zhì)、水理性質(zhì)、粒度成分、礦物成分、化學(xué)性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、凍融耐久性等方面，對溫度改性、復(fù)合改性和二氧化碳改性水玻璃固化黃土的水穩(wěn)性進(jìn)行了深入研究，較系統(tǒng)地闡釋了改性水玻璃固化黃土的水穩(wěn)性機(jī)理；基于CO2改性水玻璃固化黃土的研究提出了黃土濕陷機(jī)理的新認(rèn)識，提出了水玻璃固化黃土技術(shù)的可提高途徑，對濕陷性黃土地基的預(yù)處理與加固具有一定裨益。本書可供土木、水利、交通運(yùn)輸、地質(zhì)工程等領(lǐng)域的科研、工程技術(shù)人員和高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

形成機(jī)理研究是一切定量分析和地質(zhì)災(zāi)害防治的基礎(chǔ)。實(shí)踐表明，在解決黃土地質(zhì)工程問題時，首先要合理地確定工程地質(zhì)預(yù)報時所必須的工程地質(zhì)力學(xué)模型，這是地質(zhì)工程問題預(yù)測預(yù)報的基礎(chǔ)，地質(zhì)模型和數(shù)據(jù)的精確性決定分析結(jié)果的可靠性，離開可靠的地質(zhì)模型分析任何分析方法和精度都是無意義的，初步研究表明，黃土斜坡(邊坡)滑塌作用在產(chǎn)生機(jī)理和破壞方式上介于崩塌和滑坡之間，它具有滑動變形的機(jī)制、滑床的分布特點(diǎn)，又有崩落、崩塌破壞作用的產(chǎn)物。黃土斜坡滑塌破壞過程大致可分為三個階段：早期后緣拉張破壞、滑體坐落、前緣強(qiáng)度屈服(結(jié)構(gòu)剪切破壞)、坡腳鼓出階段；快速滑動階段；破體結(jié)構(gòu)解體、崩落和堆積階段。但目前對黃土滑塌的成災(zāi)機(jī)理和發(fā)生演化過程還需要作進(jìn)一步的理論和試驗(yàn)分析。

作品目錄

目 錄

第一章 緒言

第一節(jié) 黃土地下水研究的意義

第二節(jié) 黃土地下水研究的歷史及現(xiàn)狀

第三節(jié) 黃土地下水的一般特征與規(guī)律

第二章 洛川塬自然概況

第三章 黃土層的空隙性研究

第一節(jié) 大空隙發(fā)育規(guī)律

第二節(jié) 微空隙發(fā)育規(guī)律

第四章 黃土的空隙性分類研究

第一節(jié) 系統(tǒng)聚類分析

第二節(jié) 模糊聚類分析

第五章 黃土滲透性與空隙性關(guān)系的研究

第一節(jié) 滲透系數(shù)測試方法及結(jié)果

第二節(jié) 黃土透水的最小空容分析

第三節(jié) 黃土滲透性與空隙性的內(nèi)在聯(lián)系

第六章 主要結(jié)論

參考文獻(xiàn)

圖版說明及圖版

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黃土地貌繼承性的研究是揭示黃土地貌二百余萬年來發(fā)育、演化機(jī)理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是黃土地貌研究的重要關(guān)注點(diǎn)。本研究針對黃土地貌繼承性認(rèn)識與表達(dá)的不足研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)闡述并完善了黃土地貌繼承性的概念模型。其次，以DEM、地質(zhì)圖、現(xiàn)代鉆孔物探雷達(dá)探測數(shù)據(jù)以及數(shù)字地形分析方法為基本數(shù)據(jù)源與分析方法，構(gòu)建了黃土高原重點(diǎn)水土流失區(qū)雙層地形模型。從宏觀、中觀以及微觀不同尺度實(shí)現(xiàn)了黃土地貌下伏古地形的重建，并提出了基于雙層地形模型進(jìn)行黃土地貌繼承性研究的新方法。再者，依據(jù)地表地下雙層地形模型，本研究系統(tǒng)分析了黃土地貌在統(tǒng)計高程、剖面形態(tài)、地形因子上的繼承性規(guī)律，論述了黃土地貌繼承性在不同空間尺度、相同空間尺度不同地域的空間分異特征，深化了對黃土地貌發(fā)育過程及其空間分異規(guī)律的認(rèn)識。該研究是基于國家基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)及其它相關(guān)實(shí)測數(shù)據(jù)，以及GIS空間分析方法研究深層次地學(xué)問題的一次探索與實(shí)踐。整個研究過程使我們深刻認(rèn)識到，研究思路、方法、數(shù)據(jù)的突破，帶來對于黃土高原成因機(jī)理與地貌形態(tài)空間分異格局創(chuàng)新的認(rèn)識。此外，課題還拓展了基于下伏古地形的黃土溝谷發(fā)育不對稱性、基于古城遺跡的黃土原始地形重建與現(xiàn)代侵蝕溝壑模擬、與基于空代時的黃土地貌演化等研究。在課題執(zhí)行過程中，已發(fā)表科研論文21篇（其中課題負(fù)責(zé)人以第一作者/通訊作者發(fā)表SCI/SSCI檢索論文11篇）；且課題負(fù)責(zé)人第一作者在SPRINGER出版黃土地貌繼承性全英文專著1部《Loess Landform Inheritance: Modeling and Discovery》（即：黃土地貌繼承性—建模與發(fā)現(xiàn)）；發(fā)明專利3項(xiàng)；參加國內(nèi)外會議9次，參與培養(yǎng)博士生1名，碩士生2名。 2100433B