水泥改良土强度的海水侵蚀效应与数值模拟

发布时间：2020-10-19 23:09

　　 滨海地区改良软土会受到海水的长期浸泡作用,为获得其力学性能随时间的演化规律,依据海水的主要物质成分和含量制备了盐水溶液。选取天津滨海新区的软土,掺入15%的水泥进行养护,为便于对比分析,选用有机质含量低的粉土作比较。为了说明盐溶液浸泡的作用,进行了盐水和淡水两种浸泡方式的对比试验。无侧限抗压强度试验结果表明,改良软土历经淡水溶液和盐溶液浸泡3 d后其强度差值达到最大,7 d和28 d养护龄期试样分别相差0.40、1.28 MPa,建议利用28 d的标准养护龄期强度作为设计参考值。利用Geo-Studio中的Seep/W和CTRAN模块模拟了盐溶液离子浸入试样的过程,发现离子在试样内部迁移2~3 d趋于平稳,主要迁移至离试样表层5 mm的区域范围内,数值计算结果与宏观力学试验结果相一致。
【部分图文】：

后进行浸泡，各类离子含量见表2，掺入顺序如图2所示。表2不同盐组份的浓度[8]Table2Concentrationofvarietysalt[8]盐的种类标准海水中盐含量/(g/L)人工盐溶液中盐含量/(g/L)NaCl21.0105.0MgCl22.5412.7MgSO4·7H2O1.547.7CaSO4·2H2O2.4312.15CaCO30.100.50图2盐溶液制备流程Fig.2Flowchartofpreparationforsaltsolution参考《公路土工试验规程》[9]，对已备好的改良土试样经过预定的浸泡天数，放在自然环境下脱湿至初始含水率，然后进行无侧限抗压强度试验，浸泡后试样见图3。图3浸泡后试样表面微裂缝Fig.3Surfacemicrofractureofspecimenaftersoaking3无侧限抗压强度分析按照上述试验方案试验，所得结果见表3，改良软土无侧限抗压强度随浸泡时间的变化规律如图4所示。充分搅拌充分搅拌晾晒一昼夜依次加入NaCl、静置一昼夜加入MgCl2加入蒸馏水配制完成CaSO4·2H2OCaCO3MgSO4·7H2O充分搅拌025507510010-410-310-210-1土粒直径/mm土于某粒径的小质量百分数%/粉土软土

述试样取值。试样四周施加H=0.3m的静压水头，软土取用叶为民等[17]的土-水特征曲线如图5所示。图5土-水特征曲线Fig.5Soil-watercharacteristiccurves表4CTRAN模块边界条件及材料参数Table4BoundaryandparametersofCTRANmode离子种类初始浓度C0/(g/m3)扩散系数/(10-12m2/s)吸附系数/(10-3g/g)+Na3.871.0102.502+Mg0.441.2202.20Cl75.802.0504.6024SO1.480.5255.40分别模拟试样浸泡3、6、10d后，观察试样内部离子浓度情况，几何模型H取100mm，D取50mm，见图6。图6计算模型示意图Fig.6Sketchofcalculatedmode特征点2:深度为2mm特征点1:深度为1mm特征点3:深度为4mm010mm50mm0.250.300.350.400.450.50050100150200250基质吸力/kPa积含水率体/cm(3cm/3)

496岩土力学2015年4.3浸泡天数对盐离子浓度的影响规律钠离子计算结果云图，如图7所示。(a)钠离子浓度分布云图(b)钠离子浓度分布局部放大细部图图7钠离子浓度分布云图和钠离子浓度分布局部放大细部图Fig.7NephogramofsodionconcentrationdistributionAnddetailsofsodionconcentrationdistribution以试样上顶面圆心为基点，分别取距离试样表层距离1、2、4mm三个特征点，计算得试样中+Na、2+Mg、Cl、24SO四种离子单位吸附量与浸泡时间关系，如图8所示。由图可知，浸泡初期，盐离子迁移进入试样内部，短时间内盐离子无法完全弥散，故在浸泡刚开始时试样表层的盐离子浓度较大。随着浸泡时间的增加，部分盐离子被土颗粒吸附，部分盐离子弥散至试样孔隙水之中，此时盐离子浓度呈下降趋势，试样内部盐溶液的盐离子流失量逐渐增大，最终试样内部离子浓度基本稳定，保持不变。不难发现，软土试样内部阳离子浓度基本在浸泡3d后达到稳定。换言之，浸泡3d后土体颗粒已经对阳离子的吸附趋于饱和，从而夺取土体中的硅酸根，并与之发生化学反应生成硅酸化合物，破坏了试样的结构性，侵蚀试验孔隙结构。试样内部阴离子在2d后，其流失量趋于平稳，浸泡2d后阴离子（主要为硫酸根）与土体骨架充分接触，生成难溶于水的硫酸化合物，经历1d的反应，这种化合物过剩累积导致膨胀，致使试样内部结构疏松，与图4中软土试样在盐溶液浸泡和淡水浸泡3d后，两者强度差值达到最大的试验结果相符。4.4试样内部盐离子浓度的分布规律取10d作为浸泡时间特征点，计算得+Na、2+Mg、Cl、24SO四种离子浓度与深度关系，如图9所示。由图可知，经过盐溶液10d浸泡之后，试样与盐溶液接触面盐离子溶度最大，与溶液盐离子溶?
【参考文献】

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