《武汉岩土所在盐渍土改性及资源化利用方面取得进展》

  • 来源专题:岩土力学与工程信息资源网
  • 编译者: 李娜娜
  • 发布时间:2025-06-29
  • 盐渍土是指土壤中盐分浓度过高,具备盐胀、溶陷和腐蚀等特殊工程性质的一类土体,其广泛分布于我国干旱及半干旱地区。土壤中溶解的盐分因水分蒸发或水盐迁移而在地表附近逐渐聚集,形成显著的盐层或盐结晶,造成盐胀现象。盐渍土浸水后由于盐晶溶解或侵蚀作用,又产生溶陷现象。反复的盐胀和溶陷导致盐渍土地区道路工程、水利工程、建筑工程等病害和服役安全问题。如果采用换填优良填料、加强支档结构等传统方法,则会大幅度增加工程造价。因此,盐渍土地区工程建设和长期性能保障面临诸多挑战。

    对此,中国科学院武汉岩土力学研究所路基工程研究团队提出两类盐渍土资源化利用方案:(1)采用固废对盐渍土就地固化改性,消除盐胀;(2)充分利用盐渍土,开发盐渍土基泡沫多孔隔断层,提出盐渍土路基“以盐治盐”新技术。

    研究团队依托新疆乌鲁木齐绕城高速公路工程,开展了盐渍土路基填料改良技术研究,充分利用新疆地区广泛存在的粉煤灰、矿渣等固废,联合聚丙烯酰胺,研发了一种有机无机相结合的盐渍土改性剂。试验表明粉煤灰矿渣通过水化水解反应,生成多种水化产物,填充孔隙、增加密实度;聚丙烯酰胺则通过胶体本身的黏性,将水化产物和土颗粒联结形成空间网状结构,三者联合固化可显著抑制盐渍土盐胀和溶陷、提升力学性能。

    此外,研究团队还提出盐渍土基泡沫多孔隔断层新技术,充分利用工程沿线广泛分布的盐渍土,替代传统的两布一膜,可显著降低工程造价。该材料由盐渍土、胶凝材料、水、泡沫组成,具有多孔、隔热、轻质等结构特征。研究结果表明,通过在路床底部设置一定厚度的泡沫多孔隔断层,可起到良好的隔盐和保温效果。在温度梯度作用下,盐渍土路基内水盐向上迁移,盐分在泡沫多孔隔断层内部聚集,而其多孔结构又提供了储盐和盐胀空间。另外,由于多孔结构较低的热传导性,导致隔断层有较好的保温效果,进一步限制了盐渍土内部的水盐向上迁移,从而达到盐渍土资源化利用及保障路基稳定性的目的。该技术已成功应用于乌鲁木齐绕城高速公路,现场示范工程长期监测结果显示利用效果良好。

    研究成果发表于《Bulletin of Engineering Geology and the Environment》、《岩石力学与工程学报》、《岩土力学》等期刊,授权发明专利3项。研究工作得到了国家自然科学基金项目(42477205)、湖北省自然科学基金创新群体项目(2023AFA019)、岩土力学与工程安全重点实验室揭榜挂帅项目(SKLGME-JBGS2403)的资助。

    论文链接:

    https://link.springer.com/article/10.1007/s10064-024-03938-w

    https://link.cnki.net/urlid/42.1397.O3.20241210.1336.001

    http://ytlx.whrsm.ac.cn/CN/10.16285/j.rsm.2023.0788

  • 原文来源:https://whrsm.cas.cn/xwdt2020/kydt_168099/202506/t20250604_7796081.html
相关报告
  • 《武汉岩土所在深部工程硬岩隧道三维扰动应力测试技术与装备方面取得进展》

    • 来源专题:岩土力学与工程信息资源网
    • 编译者:linana
    • 发布时间:2024-06-26
    • 扰动应力及其演化是深埋隧洞围岩稳定性及灾变的最重要因素,目前对硬质围岩三维扰动应力的研究局限于解析解和数值模拟,缺乏可靠的原位测试技术与装备,缺乏有效的扰动应力演化特征评价体系和方法。 为解决这一难题,武汉岩土所智能岩石力学团队发明了光纤光栅空心包体三维扰动应力传感器,研制了光纤光栅空心包体应力传感器标定试验装置,建立了围岩-浆体-传感器多层介质耦合应力解译算法,搭建了扰动应力信号识别-远程传输-在线解译一体化监测平台,提出了基于应力张量性质的扰动应力综合评价方法,建立了基于张量距离的岩石非线性三维强度准则,提出了基于扰动应力的围岩稳定性评价方法,实现了对硬岩工程围岩三维扰动应力场的长期动态监测,解决了对围岩三维扰动应力状态演化实时长期测试的难题,为隧道等岩土工程结构稳定性评价和灾害防控提供新的途径和重要支撑,对于深部地下工程灾害防控、深部资源开发等提供关键的理论技术方案,具有重要的意义。目前已应用于锦屏二级水电站引水隧洞、中国锦屏二期地下实验室、白鹤滩水电站、双江口水电站、硬梁包水电站、川藏铁路、杉树垭磷矿等多个工程中。 相关研究成果已在《International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences》、《International Journal of Mining Science and Technology》、《Rock Mechanics and Rock Engieeering》、《岩石力学与工程学报》等期刊上发表。研究获得国家自然科学基金资助项目(42202320、42102266、42207211)湖北省自然科学基金创新群体项目(ZRQT2020000114)资助。 论文链接1:https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2024.105668 论文链接2:https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2023.12.007 论文链接3:https://doi.org/10.1007/s00603-022-03034-z 论文链接4:https://doi.org/10.13722/j.cnki.jrme.2021.0695 论文链接5:https://doi.org/10.13722/j.cnki.jrme.2022.1182
  • 《武汉岩土所在断层带泥质充填节理岩体剪切滑移机制方面取得进展》

    • 来源专题:岩土力学与工程信息资源网
    • 编译者:李娜娜
    • 发布时间:2024-12-10
    • 随着浅部煤炭资源日渐减少,我国中东部矿井逐步向千米深部延伸。由于地质历史上长期构造运动的反复剪切挤压作用,深部地层频频出现大范围断层破碎带。以淮南矿区为例,矿区范围内落差大于20米的断层达600余条,每平方千米平均0.4条,其中延伸长度大于1000米的断层占总数的62.5%。同时,随着国家“一带一路”战略的实施,我国正在大规模建设公路、铁路和跨流域调水工程,大量隧道需穿越构造密集发育的深部地层,如:川藏铁路沿线断层密集发育,穿越大量深大活动断裂带(澜沧江断裂带,怒江断裂带、嘉黎断裂带、西兴拉断裂带等)。深部断层破碎带赋存高构造应力,围岩破碎软弱,结构复杂多变且多富含地下水,通常夹杂有大量断层泥,多以岩屑、粉细砂、黏性颗粒等为主,深部断层带围岩高应力与低强度矛盾突出。因此,当隧(巷)道穿越深部断层带时,米级大变形和失稳破坏屡屡出现,造成重大经济损失和安全隐患。 基于此背景,中国科学院武汉岩土力学研究所地下工程科研团队开展了室内试验和渗流力学的相关研究,主要研究成果如下:①开展了流体作用下含断层泥断层诱导滑移的三轴剪切渗流实验,研究了断层泥对断层滑移力学行为以及摩擦稳定性的影响,揭示了泥质充填节理剪切强度及剪切滑移机制;②研究了断层泥岩石粒径对断层滑移速度依赖特性的显著影响。结果表明,断层泥岩石粒径控制着断层滑移事件的发生,并且初始断层滑移所需的流体压力与岩石粒径呈负相关。并深入研究了水力耦合下断层泥诱导断层滑移破裂的微观机制,为深部软岩大变形灾害防控方法的研究提供了新的思路;③研究了断层带充填物含水率对粘土充填岩节理的抗剪强度的影响。研究发现当含水量超过塑性极限时岩石节理的抗剪强度呈负相关趋势,基于JRC-JCS强度准则,提出了富粘土填充岩石节理的剪切强度模型。 研究团队以深部断层破碎带大变形灾害防控为导向,旨在突破深部断层破碎带节理岩体变形分析的理论和技术难题,研究成果为深部断层破碎带围岩大变形防控理论与技术研究提供了理论支撑。相关论文已经发表在《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》,《International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences》等期刊,获发明专利1项。 论文1链接:https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2024.02.022 论文2链接:https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2024.105919