马兰黄土渗气特性及其微观机理试验研究

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黄土的水气渗透特性与微观孔隙特征密切相关,水气在孔隙中的贮存和运移会使黄土中发生可溶盐溶滤、颗粒重新排列等等一系列的作用与过程,其结果往往导致孔隙空间结构发生变形从而引发各类黄土地质灾害,因此黄土渗透特性一直以来也是黄土工程地质灾害研究的焦点。本文选取更易测试且不受黄土水敏性影响的渗气系数作为切入点,通过改进的ZC-2015渗气仪连接不同测试探头,对原状马兰黄土和不同工况下的重塑马兰黄土进行渗气测试,并借助扫描电镜对相应土样的孔隙微观特征进行定性描述和定量分析,力图从微观角度揭示渗气性及其微观机理,并对渗气系数与对应微观孔隙特征参数之间的关系展开研究,取得了如下认识:(1)黄土的原位渗气系数随地层埋深增大而减小,且受场地土体性质影响;在黑方台、延安和西安地区相同深度处测得的渗气系数依次减小;对比插入式和接触式原位渗气测试方法可以发现接触式原位渗气测试对土层扰动小,基本不受黄土粘粒含量和塑性指数的影响,在研究区马兰黄土地层普遍适用;而插入式原位渗气测试快速便捷,所需工作面小,但其探头对土体具有一定扰动作用,更适于粘粒含量大于12.44%的马兰黄土层。(2)重塑黄土渗径与渗气系数具有微弱负相关关系,可选择8cm作为稳定渗径。在此基础上,通过控制变量法对不同工况下渗气测试结果进行分析,发现随着重塑黄土含水率的增加,团聚体颗粒在水的作用下发生溃散,颗粒搭接薄弱部位破坏,导致内部封闭孔隙与团聚体外孔隙连通,渗气系数增大;当含水率一定时,随着干密度增加,土颗粒破碎并向着紧密结构重组,使得重塑马兰黄土渗气系数与干密度表现为负相关。(3)电镜扫描图像对比发现随着埋深增大,原状马兰黄土大孔隙含量明显降低,胶结物、集粒等孔隙增多;重塑马兰黄土的形状系数、等效直径以及大孔隙占比与干密度和含水率均呈负相关关系,且中小孔隙面积占比随干密度、含水率增加有上升趋势。(4)通过对马兰黄土渗气系数与微观孔隙特征参数进行分析,发现两者之间具有一定线性关系,在原状土深度梯度和重塑土干密度梯度中渗气系数与孔隙形状系数、等效直径和大孔隙面积占比均表现为正相关关系,与其他类型孔隙面积占比表现为负相关关系;而重塑马兰黄土在含水率梯度下相关性恰与其相反。
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