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1 绪论1

1.1 膨胀土的概念与定义1

1.2 膨胀土对工程建设的危害1

1.2.1 膨胀土的分布及其地质成因1

1.2.2 工程建设中的膨胀土问题3

1.3 膨胀土研究的进展4

1.3.1 膨胀土工程性质及膨胀机理研究4

1.3.2 膨胀土本构模型研究9

1.3.3 膨胀土加固改良技术研究13

1.4 膨胀土研究的展望18

2 膨胀土物化性质及结构19

2.1 膨胀土的颗粒组成19

2.2 膨胀土矿物成分22

2.3 膨胀土物化性质25

2.3.1 膨胀土化学成分25

2.3.2 膨胀土阳离子交换量及可交换阳离子26

2.3.3 膨胀土中可溶盐及胶结物28

2.4 膨胀土结构特征30

2.4.1 膨胀土宏观结构30

2.4.2 膨胀土微观结构33

3 膨胀土判别分类及膨胀机理38

3.1 概述38

3.2 判别分类原则及关键性指标选择38

3.3 水汽吸附指标判别分类方法40

3.3.1 试验土样和方法41

3.3.2 试验结果与分析42

3.4 膨胀土胀缩机理45

3.4.1 影响膨胀土胀缩的因素45

3.4.2 膨胀土胀缩机理理论46

4 膨胀土胀缩变形特征49

4.1 概述49

4.2 膨胀土浸水膨胀时程特征和膨胀速率51

4.2.1 原状样和重塑样膨胀时程曲线51

4.2.2 膨胀变形时程阶段特征53

4.2.3 膨胀速率参数定义及应用55

4.3 土样初始状态对膨胀变形特征的影响57

4.3.1 膨胀率随土样初始孔隙比的变化57

4.3.2 初始饱和度对于膨胀率的影响60

4.3.3 膨胀率随上覆压力的变化关系62

4.3.4 膨胀体积中“孔隙水-气”分量变化规律65

4.4 膨胀土循环胀缩变形特征规律67

4.4.1 胀缩变形量随循环级数、初始状态的变化规律68

4.4.2 胀缩循环中“含水量-孔隙体积”的变化路径70

5 膨胀土膨胀本构模型73

5.1 K0膨胀本构模型建立73

5.1.1 膨胀土有荷膨胀本构关系及验证73

5.1.2 K0膨胀本构模型一般表达式及参数取值探讨83

5.1.3 K0膨胀本构模型的应用探讨85

5.2 膨胀土三轴膨胀本构模型91

5.2.1 试验介绍91

5.2.2 南阳中膨胀土三轴膨胀本构经验模型建立93

5.3 K0膨胀与三轴膨胀相关性分析96

5.3.1 反分析南阳中膨胀土平均侧压力系数96

5.3.2 反演的平均静止侧压力系数规律性分析99

5.4 膨胀土本构模型公式应用计算程序实现103

5.4.1 软件简介103

5.4.2 计算模块简介103

6 离子固化剂改性膨胀土性质研究108

6.1 离子固化剂成分108

6.2 离子固化剂改性膨胀土胀缩能力试验研究109

6.2.1 改性土自由膨胀率及最优配比浓度确定109

6.2.2 膨胀变形能力对比分析113

6.2.3 膨胀力变化规律119

6.2.4 收缩特征曲线及胀缩各向异性比较122

6.3 ISS改性膨胀土承载力离心模型实验127

6.3.1 离心模型原理和试验仪器127

6.3.2 离心模型静力触探试验129

6.3.3 球孔扩张理论分析改性前后锥尖阻力变化机制132

6.4 ISS改性膨胀土耐候性138

6.4.1 单轴无侧限抗压强度试验139

6.4.2 破坏强度与冷端温度的关系140

6.4.3 未改性土与ISS改性土的强度对比142

7 离子土固化剂改性膨胀土物化机理分析145

7.1 阳离子交换量及可交换阳离子定量分析145

7.1.1 概 述145

7.1.2 试样制备和试验方法146

7.1.3 阳离子交换量及可交换阳离子变化146

7.2 膨胀土胶粒电动性质149

7.2.1 土胶粒表面扩散双电层149

7.2.2 电泳试验土胶粒制备和试验方法150

7.2.3 电位值变化结果分析151

7.3 比表面积及孔隙结构分析152

7.3.1 比表面积153

7.3.2 孔隙体积量及孔径分布特征155

7.4 膨胀土微结构特征及能谱分析158

7.4.1 试验样品制备和方法159

7.4.2 改性前后膨胀土微结构特征比较159

7.4.3 能谱测试分析162

7.5 ISS改性膨胀土矿物成分及晶层间距分析162

7.5.1 粉晶样XRD图比较163

7.5.2 黏土矿物组衍射图比较164

7.5.3 乙二醇及水汽饱和黏粒定向片分析165

8 膨胀土水合机制及改性土水合模型168

8.1 膨胀土结合水形式及土-水作用性质168

8.1.1 膨胀土中黏土矿物的水化活性形式168

8.1.2 结合水含量对黏土胀缩机制的影响169

8.2 膨胀土表面吸附结合水类型界定及量化分析170

8.2.1 膨胀土表面等温水汽吸附特征171

8.2.2 结合水热失重-差热分析173

8.3 ISS改性膨胀土表面结合水定量分析177

8.3.1 改性土表面结合水分布、数量177

8.3.2 改性土吸附结合水红外光谱分析179

8.3.3 液态水化下ISS对土表面结合水的改变183

8.4 ISS与膨胀土结合水作用模型及改性机理分析185

参考文献189