土－水－电解质系统作用下土的分散机理研究

从渗透稳定角度出发将粘性土分为分散性土和非分散性土两类。分散性土具有遇水分散流失的特征，用其修建的水利、道路等工程易受破坏。有关学者对土的分散机理进行研究，提出许多具有价值的结论，但主要集中于土体本身的物理化学性质，对水、电解质综合作用下土的分散性研究较少。.本研究以土－水－电解质相互作用机理为切入点，基于土力学、土壤物理学、土壤化学等学科的基础理论，采用研究土质的物理化学、水理特性和微观结构等试验方法，分析土的物理化学性质和矿物成分与土的分散性之间的相关性，探讨不同水－电解质系统对土的分散性、渗透变形等工程特性的影响，建立分散性土的微观结构模型，阐明分散性土的分散机理。本研究可促进土壤物理化学、土力学等学科的有机结合，丰富岩土工程学科研究内容；我国许多地区发现分散性土，工程实践中应用不可避免，研究成果对于分散性土的合理应用具有指导作用。因此，这是一个具有重要科学意义和实践价值的研究课题。

分散性土是近年来岩土工程界比较关注的特殊土类之一，它的抗冲蚀能力很低，容易造成水利工程的破坏，如黑龙江省引嫩工程、海南省岭落水库等。本研究以土－水－电解质相互作用机理为切入点，基于土力学、土壤学、土壤物理学和土壤化学等学科的基础理论，采用研究土质的物理化学、水理特性和微观结构等试验方法，通过分析土的物理化学性质和矿物成分与土的分散性能之间的相关性，探讨不同水－电解质系统对土的分散性能的影响，较为系统地阐明了分散性土的分散机理，完善了分散性土的试验方法，提出了判别分散性土的量化标准，建立了判别粘性土分散性的判别经验公式。由于在我国许多地区发现分散性土，工程实践中应用分散性土不可避免。因此，本项目的研究结果不仅具有重要的理论意义，而且为分散性土的应用提供科技支撑。重要研究结果如下：. （1）研究结果表明，粘性土的分散性有内因和外因两个方面。内因是由土的物理化学性质决定的，物理性质主要是土体中的粘粒含量较低（可称之为物理性分散）；化学性质主要是土体中含有大量的钠离子，而且土体呈强碱性，这两个因素缺一不可（可称之为化学性分散）；外因是冲蚀水的化学组分和浓度。. （2）赋予双比重计试验、碎块试验、针孔试验、孔隙水可溶性阳离子试验和交换钠离子百分比试验的权重值，其值分别取20%、20%、40%、10%、10%，计算土样的分散性、过渡性、非分散性的权重，提出判别分散性土的量化标准。如果针孔试验中针孔呈喇叭口形状，土体有软化现象，则应在针孔周围3～4mm以外涂粘结材料保护临空面，可防止误判。. （3）基于粘性土的分散机理，建立了判别粘性土分散性的经验公式，即：F=4-0.01(2WL+Pc-Ps) +0.1pH。公式中包含有液限、粘粒含量、钠百分比和酸碱度等4种土的物理化学指标。通过与试验的判别结果相比较，发现采用经验公式的判别结果具有较高的准确率，并且判别结果更有利于工程安全。. （4）通过对典型的分散性土和非分散性土在不同介质环境条件下的分散性及其微观结构特征的研究，发现介质环境中钠离子含量和pH值高低是决定土体是否产生分散的本质因素。通过掺加高价阳离子和酸性物质，降低土体中钠离子的相对含量和酸碱度，可对分散性土进行改良。在自然沉积条件下，分散性土的微观结构中含有较多的孔隙；而非分散性土比较密实，孔隙较少。