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改性水玻璃固化黄土的水稳性机理研究

【来源:出版社 | 发布日期:2018-08-06 】 【选择字号:

书  名:改性水玻璃固化黄土的水稳性机理研究

作  者:王生新  张满银  孙志忠 著

书  号:ISBN 978-7-311-05379-6

定  价:43.00元

出版时间:2018年7月

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内容简介

  本书在总结湿陷性黄土地基处理和加固工程实践与科学研究的基础上,利用多种现代测试技术和分析方法,从改性水玻璃固化黄土的强度、变形性质、水理性质、粒度成分、矿物成分、化学性质、微观结构、冻融耐久性等方面,对温度改性、复合改性和二氧化碳改性水玻璃固化黄土的水稳性进行了深入研究,较系统地阐释了改性水玻璃固化黄土的水稳性机理;基于CO2改性水玻璃固化黄土的研究提出了黄土湿陷机理的新认识,提出了水玻璃固化黄土技术的可提高途径,对湿陷性黄土地基的预处理与加固具有一定裨益。本书可供土木、水利、交通运输、地质工程等领域的科研、工程技术人员和高等院校相关专业的师生参考。

 

前言

  黄土的湿陷性是黄土地区普遍发育的一种不良地质现象或地质灾害。在诸多湿陷性黄地基处理与加固的方法之中,水玻璃固化黄土的硅化法是最典型的化学处理方法,既可用于新建工程地基处理,更大量用于既有建(构)筑物地基加固,是一项抢险与救灾的岩土工程技术。2003 年相关研究揭开了水玻璃老化性质百年之谜,硅化法列入国家相关规范。固化黄土的目标不仅是提高强度,更重要的是改善黄土的水稳定性,而目前尚无较系统完整的对水玻璃固化黄土水稳性的科学认识。

  本书在深入认识黄土工程性质、水玻璃老化性质,总结多年来水玻璃固化黄土经验与现状的基础上,以固化黄土强度与水稳定性为目标,系统研究了温度改性、复合改性和二氧化碳改性水玻璃固化黄土的可提高性,从技术上对传统硅化法进行了改进。利用现代多种测试方法,从微观结构、化学性质、矿物成分等方面对水玻璃固化黄土水稳性机理进行了深入研究。

  改性水玻璃固化黄土中生成的细化水合硅酸钙(镁) 凝胶、硅酸凝胶包覆在骨架颗粒及原有胶结物表面形成的空间网状整体结构、细化凝胶的缩合失水硬化、孔隙水及缩合水消散的物理硬化,联合抑制了黏土矿物和有机质的活性,强化了胶结物抗水性联结,保持架空孔隙基本不变,改善了黄土的水稳性,提高了黄土的工程性能。基于二氧化碳改性水玻璃固化黄土研究,提出了黄土湿陷的关键内因是其微结构中胶结物的抗水性联结弱,架空孔隙仅是必备条件,并非关键因素;外因是水、上覆荷载及自重等。

  提升改性水玻璃固化黄土技术的最佳途径是物理改性与化学改性相结合。通过对水玻璃物理、化学及相互结合途径的改性,可抑制其老化性能,综合提高固化黄土的水稳性和可靠性,彻底消除黄土湿陷性;也能显著减小加固初期地基附加沉降,提高早期强度,扩大加固范围,增强冻融循环耐久性等。

  王生新负责撰写第一章及第五章的部分内容,共计完成5.6万字;张满银负责撰写第二章、第三章、第六章及第七章的部分内容,共计完成7.2万字;孙志忠负责撰写第四章、第八章、第九章及第五、第七两章的部分内容,共计完成7.2万字。全书由王生新统稿,张满银、孙志忠、谢荣和卡毛措等参加了书稿的校对工作。

  在此,对于多年来给予笔者大量指导和支持的兰州大学与天津城建大学教授韩文峰老师、宋畅老师、甘肃资深的岩土工程专家许善分先生表示衷心的感谢!对本书研究成果付出了艰辛劳动的兰州大学吕擎峰副教授和吴朱敏硕士表示衷心的感谢!对在水玻璃固化黄土技术的提高上予以诸多帮助的甘肃土木工程科学研究院许宏工程师表示感谢!也感谢甘肃省科学院及地质自然灾害防治研究所的各位领导与同事们的大力支持。书中参阅了国内外许多学者、专家的论文、著作及教材,在此一并深表谢忱。

  本书是在王生新博士论文“硅化黄土的机理与时效性研究”(兰州大学资源与环境学院, 2005) 的基础上成稿, 本书的出版得到了甘肃省科技支撑计划项目(1011FKCA093)“改性水玻璃固化黄土的水稳性机理”和甘肃省科学院应用研究与开发计划(2008YS-JK-15)“黄土湿陷灾害防治对策研究”的资助和支持,在此表示衷心的感谢。

  由于编者水平所限,书中错误和不妥之处在所难免,敬请同行专家及读者们批评指正。

 

 

目录

第1 章绪论/1

1.1 湿陷性黄土地基处理与加固/1

1.1.1 湿陷性黄土地基处理与加固的必要性/1

1.1.2 湿陷性黄土地基常用处理与加固技术/2

1.1.3 水玻璃改性及固化黄土机理的研究意义/4

1.2 水玻璃固化黄土技术现状/5

1.2.1 注浆技术的应用进展/5

1.2.2 水玻璃固化黄土水稳性机理认识/7

1.3 改性水玻璃固化黄土水稳性机理研究的方法、内容和技术路线/9

参考文献/11

第2 章湿陷性黄土工程特性与微结构/19

2.1 黄土地质地貌概况/19

2.1.1 黄土分布/19

2.1.2 黄土地貌/21

2.1.3 黄土地层与厚度/22

2.2 黄土物质组成/24

2.2.1 粒度成分/24

2.2.2 矿物成分/25

2.2.3 化学成分、易溶盐及水盐效应/25

2.3 黄土工程性质/26

2.3.1 黄土湿陷性/27

2.3.2 黄土动力特性/30

2.4 黄土湿陷机理与微结构研究/32

2.4.1 黄土湿陷机理/32

2.4.2 黄土微结构研究/33

参考文献/39

第3 章水玻璃基本性质及其改性方法/45

3.1 水玻璃基本性质/45

3.1.1 钠水玻璃/45

3.1.2 钾、锂水玻璃/50

3.2 水玻璃的老化与改性方法/51

3.2.1 水玻璃老化性质/51

3.2.2 水玻璃的物理改性/52

3.2.3 水玻璃的化学改性/53

参考文献/55

第4 章水玻璃固化黏土矿物的试验研究/57

4.1 试验方案/58

4.1.1 试验材料/58

4.1.2 试样制备/58

4.1.3 试验方法/59

4.2 试验结果与分析/59

4.2.1 扫描电镜分析(SEM)/59

4.2.2 X 射线衍射分析(XRD)/61

4.2.3 X 射线光电子能谱分析(XPS)/64

4.3 水玻璃固化黏土矿物机理/66

4.4 小结/67

参考文献/68

第5 章CO2 改性水玻璃固化黄土水稳性机理/70

5.1 研究区工程地质性质/70

5.1.1 场地工程地质条件/71

5.1.2 地基土物理力学性质/72

5.1.3 地基土化学成分及性质/73

5.1.4 地基土微结构特征/74

5.2 加气硅化黄土工程性质/78

5.2.1 浸液和浸水载荷试验/78

5.2.2 物理性质/79

5.2.3 水理性质/81

5.2.4 变形性质/82

5.2.5 抗压强度/83

5.2.6 抗剪强度/83

5.2.7 土动力特性/84

5.3 加气硅化黄土细观结构/86

5.4 加气硅化黄土微结构/87

5.4.1 扫描电镜及其数字图像分析/87

5.4.2 孔隙测试/90

5.5 加气硅化黄土化学分析/91

5.5.1 X 射线能量色散谱分析/92

5.5.2 化学成分分析/92

5.5.3 X 射线衍射分析/94

5.6 CO2改性水玻璃固化黄土水稳性机理/96

5.7 基于加气硅化法的黄土湿陷机理/99

参考文献/101

第6 章加热改性水玻璃固化黄土水稳性机理/103

6.1 试样制备/103

6.2 加热改性水玻璃固化黄土强度特征/104

6.3 微观结构特征分析/105

6.3.1 扫描电镜(SEM)分析/105

6.3.2 压汞试验(MIP)分析/107

6.4 X 射线衍射分析/108

6.5 加热改性水玻璃固化黄土机理/110

参考文献/111

第7 章复合改性水玻璃固化黄土水稳性机理/113

7.1 试样制备/113

7.2 复合改性水玻璃固化黄土强度特征/114

7.3 微观结构特征分析/114

7.3.1 扫描电镜(SEM)分析/114

7.3.2 压汞试验(MIP)分析/116

7.4 X 射线衍射分析/118

7.5 复合改性水玻璃固化黄土机理/119

参考文献/121

第8 章改性水玻璃固化黄土冻融耐久性研究/123

8.1 试验材料和方法/123

8.1.1 试验材料/123

8.1.2 冻融循环与强度试验/124

8.1.3 微结构试验/124

8.2 加热改性水玻璃固化黄土的冻融试验结果/125

8.2.1 加热改性水玻璃固化黄土冻融循环试验/125

8.2.2 加热改性水玻璃固化黄土冻融循环强度特征/127

8.2.3 加热改性水玻璃固化黄土冻融循环样扫描电镜(SEM)分析/128

8.3 复合改性水玻璃固化黄土冻融试验结果/130

8.3.1 复合改性水玻璃固化黄土冻融循环试验/130

8.3.2 复合改性水玻璃固化黄土冻融循环强度特征/132

8.3.3 复合改性水玻璃固化黄土冻融循环扫描电镜(SEM)分析/134

8.4 小结/135

参考文献/137

第9 章结论与展望/139

9.1 结论/139

9.2 展望/142