氮磷化合物对黏性土力学性能影响的试验研究

Soil is a disperse system composed of solid phase, liquid phase and gaserous phase, the interaction of these phases is becoming complex because of the serious environment pollution problems. It is reported that the chemical action between soil and environment, especially between soil and water, has obvious mechanical effect on soil, but most are about inorganic contamination so far. Since the nitrogen and phosphorus pollution is getting worse, the effect of them on soil mechanical property should be valued. In this project, the deformation characteristics of cohesive soil soaked in nitrogen and phosphorus solution with various concentrations will be studied under different confining pressures, curves and mathematical models will be set up based on it. Interaction mechanisms of cohesive soil with nitrogen and phosphorus will be revealed by mineral, chemical and microscopic analysis finally. The result will provide basic data and theoretical support for the assessment of security and prevention countermeasure of geotechnical engineering.

自然界的土体是由固相、液相和气相组成的三相分散体系，土的性质很大程度上取决于三相物质之间的相互作用，日益严重的环境污染使这种相互作用变得复杂。研究表明，环境-土化学作用，特别是水-土化学作用不仅存在，且具有显著的力学效应，但目前该领域的研究仍主要集中在无机污染物对土体性能的影响。随着水质成分的日趋复杂，氮磷化合物污染越来越严重，其对土体物理力学性能的影响不容忽视。本项目拟通过室内三轴剪切试验，研究黏性土在不同浓度氮磷化合物溶液中浸泡后于不同围压下的变形特性，总结提炼氮磷化合物对黏性土强度与变形特性的影响规律，在此基础上建立氮磷化合物浓度与黏性土力学性能指标的关系曲线及数学模型，并通过对黏性土与氮磷化合物作用前后矿物成分、化学成分及微观形貌分析，初步揭示氮磷化合物与黏性土相互作用的机理，为岩土工程安全评价及病害防治提供基础数据与理论支持。

自然界的土体是由固相、液相和气相组成的三相分散体系，土的性质很大程度上取决于三相物质之间的相互作用，随着人口增长、生活水平提高和工业化推进，多种化合物排入自然界的数量急剧增加。大量研究表明，环境-土化学作用，特别是水-土化学作用不仅存在，且具有显著的力学效应。近年来，我国内陆水域水体氮磷污染严重，故深入探讨氮磷化合物对岩土力学性能的影响尤为必要。项目通过对去离子水和氮磷化合物浸泡后土体塑性指数、比重等参数的测试分析，及室内三轴试验，考察了去离子水及不同浓度氮磷溶液对土体物理力学性能的影响，并通过土体矿物成分含量及微观形貌分析，对氮磷溶液与土体作用机理进行了初步探讨。结果表明，氮磷对土体物理力学性能影响明显：（1）总氮溶液浸泡后的土体塑性指数、比重和有效黏聚力随总氮溶液浓度增大而减小，有效内摩擦角随着溶液浓度的增大而增大；总磷溶液浸泡后的土体塑性指数随着总磷溶液浓度的增大而减小，有效黏聚力先增大后减小，有效内摩擦角则随着溶液浓度的增大而增大；（2）各浸泡条件下，土体应力应变关系曲线变化规律基本一致，均呈应变硬化现象，土体剪切峰值随总氮溶液浓度的增大先减小后增大；（3）氮磷溶液与土体间相互作用主要包括离子交换作用、微生物分解作用和溶蚀及胶结作用，这些作用通过改变土体的矿物成分含量，使其微观形貌及孔隙特征发生明显变化，最终导致土体的宏观力学特性改变；（4）对总氮溶液浸泡土体后的一系列物理力学指标随总氮溶液浓度变化趋势进行曲线拟合，得出相关性较好的拟合曲线及对应的公式。