基于原位电阻率的膨胀土工程性能评价方法研究

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膨胀土体内含有大量亲水性矿物,水分变化时表现出明显的胀缩性,对工程危害很大,因此在工程施工前必须对工程场地进行勘察,评价场地膨胀土的膨胀潜势,以对其作出相应的处理。目前对膨胀土场地的工程评价,主要通过钻探取样和室内试验,预估膨胀土场地的膨胀变形。该方法一般操作麻烦、耗时长。因此,研究一种方便快捷的评价原位膨胀土体工程特性的技术手段具有重要意义。土的电阻率是土的导电性基本参数,主要影响指标有含水率,密度,饱和度,孔隙率,颗粒结构,孔隙液离子成分与浓度,孔隙特性,矿物成分等,这些指标的变化都会一定程度上引起膨胀土的工程特性指标以及电阻率的改变,因此研究电阻率指标与膨胀土工程特性的关系对建立原位评价膨胀土的工程性质具有现实工程和理论意义。本文以非洲黑棉土膨胀性能快速评价项目为依托,通过室内试验、理论分析、模型试验和现场试验相结合的方法,对电阻率指标和膨胀土工程特性之间的关系和基于电阻率的原位测试方法进行了研究。主要研究内容与成果有:1.采用室内试验研究了人工膨胀土(高岭土和膨润土混合样)和天然膨胀土的工程特性。结果表明,人工膨胀土自由膨胀率、自由膨胀系数随膨润土含量增加而增大;无荷线膨胀率随含水率增加而减小,随膨润土含量增加而线性增大,随自由膨胀率增加而呈幂函数增大;粘粒含量随膨润土含量增加而增大,砂粒含量则减小;液限和塑性指数随着自由膨胀率的增加而显著增加,塑限则相对平稳;pH值随水土比增加而增大,最后趋于稳定,随自由膨胀率增加而线性减小。天然膨胀土无荷线膨胀率随自由膨胀率增加而呈幂函数增大;pH值随着水土比增加而线性增大。2.采用室内电学试验研究了人工膨胀土和天然膨胀土的电学参数与工程特性的关系。结果表明,人工膨胀土和天然膨胀土电阻率随着含水率、密度、饱和度、自由膨胀率、液限、塑性指数、粘粒含量、pH值的增大而呈幂函数减小,随孔隙率增大而呈幂函数增大,且均有比较好的拟合关系。3.研制了原位测试电阻率探头,该探头采用四极垂向电测深(4P-VES)测试方法,适用于地面以下50m内的土层电阻率测试。4.采用室内模型试验和现场试验对膨胀土的电阻率进行了测试。测试表明,模型试验所测电阻率变化规律与室内Wenner四电极法所测电阻率变化规律相同,即电阻率随含水率的增加而降低,随自由膨胀率的增大而降低;现场试验所测电阻率随深度增加而减小,根据电阻率计算的自由膨胀率值与实测值比较吻合。
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