岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (S1): 127-133.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0536

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

重金属Cu2+驱动下红黏土土体压缩变形机制

张达锦1,肖桂元1, 2,武岳1,徐光黎2,刘伟3   

  1. 1. 桂林理工大学 广西岩土力学与工程重点实验室,广西 桂林 541004; 2. 中国地质大学 工程学院,湖北 武汉 430000; 3. 湖北省十堰市自然资源和规划局,湖北 十堰 442000
  • 收稿日期:2022-04-17 接受日期:2022-05-07 出版日期:2023-11-16 发布日期:2023-11-16
  • 通讯作者: 肖桂元,男,1976年生,博士,教授,主要从事特殊土成灾机制及地下工程防灾的研究。E-mail:xiaoguiyuangit@163.com E-mail:1920545268@qq.com
  • 作者简介:张达锦,男,1999年生,硕士,主要从事特殊土成灾机制研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(No. 52169022);湖北省自然资源科技项目(No. ZRZY2022KJ17)。

Compression deformation mechanisms of red clay driven by heavy metal Cu2+

ZHANG Da-jin1, XIAO Gui-yuan1, 2, WU Yue1, XU Guang-li2, LIU Wei3   

  1. 1. Guangxi Key Laboratory of Geotechnics, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004, China; 2. School of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430000, China; 3. Natural Resources and Planning Bureau of Shiyan City in Hubei, Shiyan, Hubei 442000, China
  • Received:2022-04-17 Accepted:2022-05-07 Online:2023-11-16 Published:2023-11-16
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52169022) and Hubei Natural Resources Science and Technology Project (ZRZY2022KJ17).

摘要: 采用浓度为0、2.5、5.0、10.0 g/L的CuSO4溶液配制污染土,开展固结试验、热分析试验和扫描电镜(scanning electron microscopy,简称SEM)试验,分析红黏土受重金属Cu2+污染后的压缩变形特性机制。结果表明:红黏土的压缩系数和总压缩变形量的变化与土中孔隙水(自由水、弱结合水、强结合水)含量的变化趋势相同,都随着Cu2+浓度的增加呈现先降低后升高的趋势。黏土中土颗粒之间的结构连结主要以吸附水膜接触为主,Cu2+改变了土中孔隙水的水膜厚度,导致孔隙水的含量发生变化;水膜变薄,土颗粒间的距离缩短,土体的结构强度越高,土体抵抗压缩变形的能力就越大。随着Cu2+浓度的增加,土体微观结构由松散的块状、片状单元体逐渐演化为面-面接触的叠聚体;当Cu2+浓度增至10.0 g/L,开始出现鳞片状的单元体,单元体间的接触方式以点-点接触和边-面接触为主,土颗粒间的凝聚力变差,土体结构稳定性降低。

关键词: 红黏土, 压缩变形, 热分析试验, 微观结构

Abstract: To investigate mechanism of compressive deformation of red clay contaminated by heavy metal Cu2+, CuSO4 solutions with concentrations of 0, 2.5, 5.0, and 10.0 g/L were used to prepare the contaminated soil, and consolidation tests, thermal analysis tests, and scanning electron microscopy (SEM) tests were conducted. The results show that the changes of compression coefficient and total compressive deformation of red clay and the changes of pore water (free water, weakly bound water and strongly bound water) content in the clay show the same trend of decreasing first and then increasing with the increase of Cu2+ concentration. The structural connection between soil particles in clay soil is mainly based on adsorption water film contact. Cu2+ changes the water film thickness of pore water in soil, which leads to the change of pore water content. The water film becomes thinner, the distance between soil particles shortens, the higher the structural strength of soil body, and the greater the ability of soil body to resist compression deformation. With the increase of Cu2+ concentration, the microstructure of soil body gradually evolves from loose block-like and flaky units to stacked aggregates with face-to-face contact. When the concentration of Cu2+ increases to 10.0 g/L, scale-like units start to appear, the contact mode between units is mainly point-point contact and edge-face contact, the cohesion between soil particles becomes poor, and the structural stability of soil body decreases.

Key words: red clay, compression deformation, thermal analysis tests, microstructure

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