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富里酸污染红黏土抗剪强度试验研究.pdf
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1、文章编号:1007-2993(2024)01-0101-05富里酸污染红黏土抗剪强度试验研究富里酸污染红黏土抗剪强度试验研究蒙剑坪1李善梅1廖勇彬2张浩1李骏武1(1.桂林理工大学,广西桂林541004;2.广西壮族自治区三七核地质大队,广西贵港537100)【摘要】通过在红黏土中掺入不同含量富里酸粉末制样,并对试样采用蒸馏水饱和浸泡,对浸泡龄期为 7 d、14 d 和 28 d的试样进行直剪试验,分析不同富里酸掺入量和浸泡时间对红黏土试样抗剪强度的影响。试验结果表明,富里酸的掺入会降低土样的抗剪强度,土样的黏聚力随富里酸掺入量增加而提高,内摩擦角则随富里酸含量的增加而逐渐降低,相同富里酸掺入
2、量下,浸泡时间越长,黏聚力越大,内摩擦角则越小。富里酸分子的羧基、羟基、羰基、甲氧基等活性官能团与土体矿物表面形成吸附作用,使得富里酸包裹在土颗粒表面,对土颗粒间形成联结作用,从而影响土体的抗剪强度指标。【关键词】抗剪强度;富里酸;红黏土【中图分类号】TU446;TU411 【文献标识码】Adoi:10.3969/j.issn.1007-2993.2024.01.018Experimental Study on Shear Strength of Fulvic Acid-ContaminatedRed ClayMeng Jianping1Li Shanmei1Liao Yongbin2Zhan
3、g Hao1Li Junwu1(1.Guilin University of Technology,Guilin 541004,Guangxi,China;2.Guangxi Zhuang Autonomous Region 307 Nuclear GeologicalBrigade,Guigang 537100,Guangxi,China)【Abstract】To investigate the effect of fulvic acid on the shear strength of red clay,the red clay was mixed with different con-t
4、ents of fulvic acid powder to prepare samples and saturated with distilled water.Direct shear tests were carried out on the samples withsoaking ages of 7 d,14 d,and 28 d to analyze the effects of different dosages of fulvic acid and soaking time on the shear strength ofred clay samples.The test resu
5、lts show that the addition of fulvic acid will reduce the shear strength of the soil samples.With the in-crease of fulvic acid incorporation,the shear strength of the samples increases and the internal friction angle decreases,respectively.With the same amount of fulvic acid,the longer the soaking t
6、ime,the greater the cohesion and the smaller the internal friction angles.The active functional groups of the fulvic acid,such as carboxyl groups,hydroxyl groups,carbonyl groups,and methoxyl groups ad-sorbed on the surface of soil minerals,wrapping on the surface of soil particles and forming a bond
7、ing effect between the soil particles,thus affecting the shear strength indexes of the soil.【Key words】shear strength;fulvic acid;red clay 0 引言红黏土是碳酸盐岩在炎热湿润气候条件下经过物理化学风化、红土化和淋溶作用而形成的一种区域性特殊土13,在我国主要分布于广西、贵州、云南、湖南等省份,其中在南方各省出露面积达 2.0105km24。抗剪强度作为土体重要的力学性质指标之一,与土体类型、成因、成分和结构等因素有关5。许多学者对土体抗剪强度进行了深入研究,
8、并取得了一定成果。孔令伟等6研究发现,渗水作用会引起红黏土中氧化铁流失,减弱土体的胶结作用,从而降低土体的抗剪强度。黄亮亮等7通过对比试验研究了固结快剪、快剪和慢剪三种试验条件下红黏土抗剪强度指标,发现三种试验方法所得到的抗剪强度指标差异较大,也总结分析了各种方法的影响因素。朱春鹏等8通过对受不同浓度酸碱溶液污染淤泥质黏土进行强度特性试验,发现随酸碱溶液浓度增加,污染土黏聚力增加,内摩擦角呈震荡式减小趋势。潘泰等9将室内配制的不同浓度的盐酸和氢氧化钠溶液作为污染源,研究了不同浓度的酸碱溶液对红黏土抗剪强度的影响,发现随着酸碱溶液浓度的增加,红黏土抗剪 基金项目:国家自然科学基金(5226805
9、5);广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2019KY0277;2020KY06028)作者简介:蒙剑坪,男,1984 年生,汉族,广西藤县人,硕士,实验师。研究方向:环境岩土工程。E-mail:mjp 第 38 卷第 1 期岩土工程技术Vol.38 No.12024 年2 月Geotechnical Engineering TechniqueFeb,2024强度逐渐减小。陈筠等10通过室内试验模拟碱溶液对红黏土抗剪强度特性影响,发现红黏土黏聚力随碱溶液质量分数增加先增加后减小,内摩擦角先减小后增加的规律,并通过微观测试分析了碱溶液污染土体的机制。腐殖质是动植物残体经微生物分解、转化而成的
10、一种呈棕黑色、亲水、无定形有机物质,广泛分布于土壤中,其成分主要为腐殖酸、富里酸和胡敏酸三类11。曹净等12通过试验发现不同胡敏酸添加量和不同浓度的富里酸对泥炭土无侧限抗压强度具有深刻影响,胡敏酸浓度的添加,试样无侧限抗压强度降低;当胡敏酸添加量小于 10%时,富里酸对土样的无侧向抗压强度提高明显。刘宝臣等13利用人工制备土样的方法探讨了有机质污染红黏土的物理力学性质,得到了随着有机质含量的增加,试样的抗剪强度不断减小的结论。还有学者通过开展有机质对水泥土强度影响室内试验,发现水泥土强度随有机质含量增加而降低1415。综上所述,目前针对污染红黏土抗剪强度的研究主要集中于污染源为无机酸碱溶液的情
11、形,且取得了较为可观的研究成果。富里酸和无机酸性质具有明显的差异性,但关于富里酸对红黏土抗剪强度特性影响的研究报道甚少,同时相关研究表明酸碱污染土的强度特性的变化与其结构变化密切相关1617。因此,有必要对富里酸溶液污染红黏土的抗剪强度进行探讨,对其微观结构演化机制进行研究,以期进一步加强对酸碱污染红黏土的力学性质的认识。鉴于此,以桂林红黏土作为试验土样,根据桂林红黏土中有机质的占比,室内将富里酸粉末与红黏土按照不同的质量比人工压制成一定干密度试样,并浸泡在蒸馏水中,然后分别进行直接剪切试验和扫描电镜试验,探讨污染红黏土抗剪强度及其微观结构的演化机制。1 试验方案 1.1 原材料试验所用红黏土
12、取自广西桂林旅游学院雁山校区某工地,取样深度约 2.04.5 m。原状红黏土呈红褐色深红色,硬塑可塑状态,稍湿。根据土工试验方法标准(GB/T 501232019),室内进行红黏土试样基本物理性质指标测试,试验结果如表 1 所示。有机质试验结果显示试样有机质含量为 31.6g/kg。红黏土矿物成分鉴定结果如表 2 所示,化学成分分析结果如表 3 所示。表 1 红黏土基本物理性质含水率w/%密度/(gcm3)相对密度Gs液限wL/%塑限wp/%比表面积S/(m2g1)颗粒组成/%砂粒粉粒黏粒20.075 mm0.0750.005 mm0.005 mm341.852.7254.125.795.42
13、8.5754.2937.14注:液限值取圆锥下沉深度 17 mm 对应的含水率。表 2 红黏土矿物成分全岩成分占比/%黏土矿物占比/%石英针铁矿黏土矿物高岭石伊利石蛭石伊蛭混层5933861151311 表 3 红黏土氧化物成分及各成分质量分数化学成分/%Al2O3SiO2Fe2O3CaOK2ONa2OMnOP2O5MgOTiO230.2633.7825.171.061.260.540.120.080.393.17 富里酸粉末为棕褐色粉末状。室内采用便捷式pH 计(Starter 300)测得富里酸水溶液(富里酸与水的质量比 mFm水为 120)的 pH 值为 5.6。试验用水均为室内烧制的蒸
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