400-700-9998
购置
同济大学和中国科学院西北生态情形资源研究院冻土工程国家重点实验室等科研团队于2024年3月在《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》期刊联合揭晓了题为“Influence of anionic polyacrylamide on the freeze–thaw resistance of silty clay”（阴离子聚丙烯酰胺对粉质黏土抗冻融性能的影响”的学术论文。本研究基于GDS应力路径三轴系统开展枯燥加载试验与亚塑性建模，展现颗粒破碎和初始相对密度对钙质砂应力-应变-临界状态的耦合控制机制，建设统一破碎演化方程，构建可同步展望级配、强度与变形的新型亚塑性模子，为岛礁及离岸回填体抗震变形盘算提供本构支持。
https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2023.104111
*论文版权归原作者和出书方所有，本文仅为学习交流。
以下是对这项效果的简要先容：
论文摘要
冻融交替会显著改变细粒土的性子，经常导致寒区渠堤、蹊径等回填基础工程失效。为此，本研究接纳水溶性阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）对细粒土——尤其是粉质黏土——举行改良。论文系统剖析了APAM聚合物对粉质黏土在未冻及多次冻融循环下的物理-力学与微观结构特征的影响。通过设定差别掺量和冻融循环次数，开展Zeta电位、导热系数、渗透、三轴压缩及扫描电镜（SEM）等系列试验 ；并构建单向冻结试验，展现APAM改良土的热-水-力耦合历程。
效果批注：APAM的引入显著提升了粉质黏土的宏观工程性能与微观结构特征，主要归因于聚合物带来的电荷中和、吸附架桥及疏水相互作用。然而，所有土样在冻融循环中均泛起性能劣化，尤以第3次循环后最为显着 ；相较未处置惩罚样，APAM改良样体现出更优的抗冻融稳固性。单向冻结历程中，孔隙水因温度梯度自未冻区向冻结锋迁徙，而改良样的迁徙量显著低于未处置惩罚样，当APAM掺量为0.30%时总冻胀量降低55.25%。研究效果可为寒区回填基础工程的冻害防控提供手艺依据，并加深对生态友好型APAM聚合物固化机制的明确。
试验装备
本研究使用了GDS非饱和土三轴试验系统STDTTS+HKUST等装备。
实验要领及相关图表
*图表为论文截图，版权归论文原作者和出书方所有，本文仅为学习交流。
图 1 粉质黏土颗粒级配曲线
图 2 粉质黏土矿物因素 X 射线衍射图谱（主要矿物包括石英、钠长石、方解石、绿泥石、伊利石和白云石）
图 3 土壤改良剂 APAM 聚合物（外观为白色颗 ；蚍勰，溶于水后呈半透明黏稠状）
图 4 冻融循环试验装备与流程示意图（包括冻融箱、土样制备、冻融循环试验，以及后续的导热系数测试、SEM 视察、三轴压缩试验、渗透性测试），其中冻融循环参数为：冻结温度 - 15℃/8h、融化温度 20℃/8h，循环次数设为 0、1、3、6、9 次
图 5 单向冻结试验系统示意图（包括位移传感器、保温棉、温度传感器、冷浴、冻结土样、数据收罗系统、供水系统）
图 6 差别 APAM 添加比例下浆液的 zeta 电位转变曲线
图 7 各土样在差别冻融循环次数下的导热系数转变曲线
图 8 各土样在差别冻融循环次数下的渗透系数转变曲线
图 9 差别 APAM 添加比例下土样的偏应力 - 应变曲线与破损强度：(a) 差别 APAM 添加量和围压下的偏应力 - 应变曲线，(b) 差别 APAM 添加比例下土样的破损强度转变
图 10 未改良土样（T1）与 APAM 添加量 0.30% 的改良土样（T4）在差别冻融循环次数下的力学性能：(a)-(b) 差别冻融循环次数和围压下的偏应力 - 应变曲线，(c)-(d) 冻融循环次数对两种土样破损强度的影响
图 11 未改良土样（T1）与 APAM 添加量 0.30% 的改良土样（T4）在差别冻融循环次数下的抗剪强度参数（黏聚力和内摩擦角）转变曲线（黏聚力随冻融循环次数呈指数下降，内摩擦角呈线性下降）
图 12 未改良土样（T1）与 APAM 添加量 0.30% 的改良土样（T4）微观结构特征（SEM 图像，放大 500 倍）：(a) T1（未改良）：保存大宗大直径支架孔隙，颗粒以点 - 点、点 - 面接触为主，结构松散 ；(b) T4（改良）：支架孔隙显著镌汰，形成大宗团圆体，颗粒以面 - 面接触和镶嵌接触为主，呈致密群集结构
图 13 未改良土样（T1）在差别冻融循环次数下的微观结构转变（SEM 图像，放大 500 倍）：(a) 冻融循环 1 次（N=1），(b) 冻融循环 3 次（N=3），(c) 冻融循环 6 次（N=6），(d) 冻融循环 9 次（N=9）（冻融循环导致土样泛起大宗裂纹，孔隙增多，结构愈发破碎）
图 14 APAM 添加量 0.30% 的改良土样（T4）在差别冻融循环次数下的微观结构转变（SEM 图像，放大 500 倍）（相较于 T1，T4 在相同冻融循环次数下的结构破损水平更轻）
图 15 未改良土样（T1）与 APAM 添加量 0.30% 的改良土样（T4）在差别冻融循环次数下的外貌孔隙率转变曲线（改良土样外貌孔隙率低于未改良土样，且冻融循环导致的孔隙率增幅更。
图 16 未改良土样（T1）与 APAM 添加量 0.30% 的改良土样（T4）在单向冻结历程中差别深度处的温度随时间转变曲线（温度转变分为冷却阶段和稳固阶段，T4 冷却速率更快）
图 17 差别 APAM 添加比例下土样在单向冻结历程中差别深度处的体积含水率转变曲线（冻结前缘处含水率最高）
图 18 差别 APAM 添加比例下土样在单向冻结历程中的冻胀变形转变：(a) 冻胀变形随时间转变曲线（分为原位冻胀和迁徙冻胀），(b) 差别 APAM 添加比例下的原位冻胀量与迁徙冻胀量比照
研究结论
寒区渠堤与路基回填体在冻融循环中易生强烈冻胀融沉，提升填料抵御冻害的能力成为工程清静的要害。本事情引入情形友好型 APAM 聚合物对粉质黏土举行改性，借助多轮冻融试验与单向冻结试验，评价其抗冻融与抗冻胀体现，依据测试数据及剖析获得如下熟悉：
（1）掺入 APAM 后粉质黏土工程性状显著优化：土粒与聚合物链间的静电作用使浆体 zeta 电位先降后升 ；APAM 经氢键笼罩于黏粒外貌并桥接相近颗粒，天生团圆体，削减微孔隙占比，从而同步提高导热率、渗透系数及力学指标。试验批注，现场应用时 APAM 的最佳掺量宜取 0.30%。
（2）冻融循环导致改性及原状粉质黏土微观密实度均降低，工程性能随之大幅衰退：三轴效果显示，随循环次数增多，各土样黏聚力呈指数衰减，内摩擦角线性减 ；强度与结构的弱化在第三次循环后最突出，以后衰减幅度趋缓。同时，APAM 的引入通过增强粒间咬合提升了粉质黏土的冻融耐久性。
（3）单向冻结阶段，土体温度历时曲线可划分为降温段与恒温段 ；在温度梯度驱动下，孔隙水自未冻区向冻结锋面运移，并于锋面处群集成冰透镜，诱发冻胀 ；冻胀量显著受供水状态与 APAM 掺量控制，改性样水分迁徙量低于原状样，因而有用抑制了冻胀变形。
备注：论文及摘要等为论文原文的中文译文，仅供快速参考 ；若遇语义或手艺细节歧义，请以英文原文为准。完整研究内容、参数取值及验证数据请查阅原文。
在线咨询
