改性水玻璃固化黄土的水稳性机理研究

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 2100433B

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。

形成机理研究是一切定量分析和地质灾害防治的基础。实践表明，在解决黄土地质工程问题时，首先要合理地确定工程地质预报时所必须的工程地质力学模型，这是地质工程问题预测预报的基础，地质模型和数据的精确性决定分析结果的可靠性，离开可靠的地质模型分析任何分析方法和精度都是无意义的，初步研究表明，黄土斜坡(边坡)滑塌作用在产生机理和破坏方式上介于崩塌和滑坡之间，它具有滑动变形的机制、滑床的分布特点，又有崩落、崩塌破坏作用的产物。黄土斜坡滑塌破坏过程大致可分为三个阶段：早期后缘拉张破坏、滑体坐落、前缘强度屈服(结构剪切破坏)、坡脚鼓出阶段；快速滑动阶段；破体结构解体、崩落和堆积阶段。但目前对黄土滑塌的成灾机理和发生演化过程还需要作进一步的理论和试验分析。

作品目录

目 录

第一章 绪言

第一节 黄土地下水研究的意义

第二节 黄土地下水研究的历史及现状

第三节 黄土地下水的一般特征与规律

第二章 洛川塬自然概况

第三章 黄土层的空隙性研究

第一节 大空隙发育规律

第二节 微空隙发育规律

第四章 黄土的空隙性分类研究

第一节 系统聚类分析

第二节 模糊聚类分析

第五章 黄土渗透性与空隙性关系的研究

第一节 渗透系数测试方法及结果

第二节 黄土透水的最小空容分析

第三节 黄土渗透性与空隙性的内在联系

第六章 主要结论

参考文献

图版说明及图版

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黄土地貌继承性的研究是揭示黄土地貌二百余万年来发育、演化机理的关键环节，也是黄土地貌研究的重要关注点。本研究针对黄土地貌继承性认识与表达的不足研究现状，系统阐述并完善了黄土地貌继承性的概念模型。其次，以DEM、地质图、现代钻孔物探雷达探测数据以及数字地形分析方法为基本数据源与分析方法，构建了黄土高原重点水土流失区双层地形模型。从宏观、中观以及微观不同尺度实现了黄土地貌下伏古地形的重建，并提出了基于双层地形模型进行黄土地貌继承性研究的新方法。再者，依据地表地下双层地形模型，本研究系统分析了黄土地貌在统计高程、剖面形态、地形因子上的继承性规律，论述了黄土地貌继承性在不同空间尺度、相同空间尺度不同地域的空间分异特征，深化了对黄土地貌发育过程及其空间分异规律的认识。该研究是基于国家基础地理数据及其它相关实测数据，以及GIS空间分析方法研究深层次地学问题的一次探索与实践。整个研究过程使我们深刻认识到，研究思路、方法、数据的突破，带来对于黄土高原成因机理与地貌形态空间分异格局创新的认识。此外，课题还拓展了基于下伏古地形的黄土沟谷发育不对称性、基于古城遗迹的黄土原始地形重建与现代侵蚀沟壑模拟、与基于空代时的黄土地貌演化等研究。在课题执行过程中，已发表科研论文21篇（其中课题负责人以第一作者/通讯作者发表SCI/SSCI检索论文11篇）；且课题负责人第一作者在SPRINGER出版黄土地貌继承性全英文专著1部《Loess Landform Inheritance: Modeling and Discovery》（即：黄土地貌继承性—建模与发现）；发明专利3项；参加国内外会议9次，参与培养博士生1名，硕士生2名。 2100433B