红土大坝病害的氯离子侵蚀机理研究

论文摘要

我国水资源丰富,但地区分布相当不均匀,季节降雨亦很难符合需求。为保证人民的正常灌溉、发电、防洪抗旱等兴利除害的需要而修建了众多水库,这些水库的挡水建筑物大部分为土石坝。由于历史原因,水库普遍存在病险情况且愈加严重,其中物理力学性质的变化是失事的最主要因素,国内外土石坝因这些因素导致的溃坝事故占相当的比例。当前对土石坝病害根源的传统分析仅限于物理力学性质层面,而极少讨论库水环境下化学反应引起的筑坝材料的变化。本论文结合国家自然科学基金项目,以田龙覃水库为具体原型实例,鉴于库水中存在大量氯离子,对库水中的污染物来源进行了全面的分析,并从氯离子侵蚀红土的物理力学特性以及微观结构特征和量化的特征参数,弄清了氯离子侵蚀红土的水土作用机理,可作为土石坝除险加固的参考,解决土石坝的氯侵蚀病害问题。本文主要以化学加速试验和常规物理力学试验为基础,对比研究氯离子侵蚀筑坝土料的基本物理特性：渗透、压缩、抗剪强度、界限含水率、颗粒成分的变化等,通过试验数据对未侵蚀土样和受侵蚀土样进行对比分析。试验结果表明,相对于未侵蚀土样,受侵蚀土样的物理力学性质都有明显的变化,主要表现在：密度、含水率、比重减小；压缩系数增大,压缩模量减小；抗剪强度降低；渗透系数增大；液限减小、塑限增大,塑性指数减小；砂粒组、粉粒组含量增加,粘粒组、胶粒组、胶结物等含量减少。说明库水中的氯离子可以对土石坝筑坝红土的物理力学性质造成缓慢的长期影响。通过扫描电子显微镜对不同浓度氯化氢溶液下土样的微观结构特征进行观察,分析不同放大倍数下土样的微观结构图像,结果表明：未侵蚀红土的表观结构致密,密实性较好,颗粒与颗粒之间由胶结物填充连结；而受到侵蚀后的土样其胶结物有被溶蚀的迹象,胶结物含量明显减少,致使结构不再致密,有较多的孔隙出现。分析筑坝红土在氯离子侵蚀下,物理力学性质下降的主要原因,可以推断出是由于库水环境下的氯离子与红土中起胶结作用和起骨架作用的各种游离氧化物、易溶盐、难溶盐以及其他胶结物产生化学反应生成了可溶盐,被渗透水带走造成了其物理力学性质下降以及微观结构特征劣化；尤其是工程性质良好的红土坝料,含有大量的胶结物以及碳酸盐类,变化更为明显。该研究对于酸性红土覆盖地区土石坝的病害机理评价具有理论参考意义,对于除险加固针对性设计具有较好的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 水利工程除险加固研究进展和现状
• 1.3 污染物化学侵蚀土料研究进展和现状
• 1.3.1 水环境中污染物来源及特征分析
• 1.3.2 国内研究进展和现状
• 1.3.3 国外研究进展和现状
• 1.4 研究问题的提出
• 1.5 本文的研究意义及主要内容
• 1.6 研究预期成果
• 1.7 本文的组织安排
• 1.8 本章小结
• 1-侵蚀红土的土样制备及化学加速试验'>第二章 Cl^1-侵蚀红土的土样制备及化学加速试验
• 2.1 引言
• 2.2 试验土样的制备
• 2.2.1 土体来源及基本特性
• 2.2.2 试验土料的击实特性与土样制备
• 2.3 化学试剂的选择与试验周期的确定
• 1-侵蚀土样的化学加速试验'>2.4 Cl^1-侵蚀土样的化学加速试验
• 2.5 本章小结
• 1-侵蚀红土的物理力学试验研究'>第三章 Cl^1-侵蚀红土的物理力学试验研究
• 3.1 引言
• 1-侵蚀土样的表观颜色特征分析'>3.2 Cl^1-侵蚀土样的表观颜色特征分析
• 1-侵蚀土样的表观颜色定量化分析工具的选择'>3.2.1 Cl^1-侵蚀土样的表观颜色定量化分析工具的选择
• 1-侵蚀土样的表观颜色定量化分析'>3.2.2 Cl^1-侵蚀土样的表观颜色定量化分析
• 1-侵蚀土样的基本物理特性试验'>3.3 Cl^1-侵蚀土样的基本物理特性试验
• 1-侵蚀土样的密度试验'>3.3.1 Cl^1-侵蚀土样的密度试验
• 1-侵蚀土样的含水率试验'>3.3.2 Cl^1-侵蚀土样的含水率试验
• 1-侵蚀土样的比重试验'>3.3.3 Cl^1-侵蚀土样的比重试验
• 1-侵蚀土样的渗透试验'>3.4 Cl^1-侵蚀土样的渗透试验
• 1-侵蚀土样的渗透特性分析'>3.4.1 Cl^1-侵蚀土样的渗透特性分析
• 3.4.2 渗透析出溶液的酸碱度分析
• 1-侵蚀土样的抗剪强度试验'>3.5 Cl^1-侵蚀土样的抗剪强度试验
• 3.5.1 抗剪强度试验
• 3.5.2 抗剪强度指标的确定
• 1-侵蚀土样的压缩试验'>3.6 Cl^1-侵蚀土样的压缩试验
• 1-侵蚀土样的界限含水率试验'>3.7 Cl^1-侵蚀土样的界限含水率试验
• 1-侵蚀土样的颗粒分析试验'>3.8 Cl^1-侵蚀土样的颗粒分析试验
• 3.9 本章小结
• 1-侵蚀红土的微观结构特征研究'>第四章 Cl^1-侵蚀红土的微观结构特征研究
• 4.1 引言
• 1-侵蚀红土的微观结构分析试验'>4.2 Cl^1-侵蚀红土的微观结构分析试验
• 4.2.1 扫描电子显微镜简介及其工作原理
• 4.2.2 微观结构试验土样的制备
• 4.2.3 微观结构图像的获取
• 1-侵蚀土样微观结构图像的对比分析'>4.3 Cl^1-侵蚀土样微观结构图像的对比分析
• 1-侵蚀土样微观结构图像的定量化分析'>4.4 Cl^1-侵蚀土样微观结构图像的定量化分析
• 4.4.1 微观结构图像的处理
• 1-侵蚀土样微观结构图像特征参数的提取'>4.4.2 Cl^1-侵蚀土样微观结构图像特征参数的提取
• 4.5 本章小结
• 1-侵蚀红土的水土作用机理研究'>第五章 Cl^1-侵蚀红土的水土作用机理研究
• 5.1 引言
• 1-侵蚀红土的化学成分变化分析试验'>5.2 Cl^1-侵蚀红土的化学成分变化分析试验
• 5.2.1 铁离子和铝离子浓度试验
• 1-对难溶盐碳酸钙、碳酸镁的作用分析'>5.2.2 Cl^1-对难溶盐碳酸钙、碳酸镁的作用分析
• 5.3 红土受侵蚀过程的结构变异分析
• 1-对侵蚀红土物理力学性能的影响机理分析'>5.4 Cl^1-对侵蚀红土物理力学性能的影响机理分析
• 1-对红土表观颜色变化的影响机理'>5.4.1 Cl^1-对红土表观颜色变化的影响机理
• 1-对红土基本物理特性的影响机理'>5.4.2 Cl^1-对红土基本物理特性的影响机理
• 1-对红土渗透特性的影响机理'>5.4.3 Cl^1-对红土渗透特性的影响机理
• 1-对红土抗剪强度的影响机理'>5.4.4 Cl^1-对红土抗剪强度的影响机理
• 1-对红土压缩特性的影响机理'>5.4.5 Cl^1-对红土压缩特性的影响机理
• 1-对红土界限含水率的影响机理'>5.4.6 Cl^1-对红土界限含水率的影响机理
• 1-对红土颗粒组成的影响机理'>5.4.7 Cl^1-对红土颗粒组成的影响机理
• 1-对红土微观结构变化的影响分析'>5.5 Cl^1-对红土微观结构变化的影响分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要研究工作
• 6.2 主要研究结论
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B
• 表B1 变水头渗透试验记录表（4-1）
• 表B2 变水头渗透试验记录表（4-2）
• 表B3 变水头渗透试验记录表（4-3）
• 表B4 变水头渗透试验记录表（4-4）
• 表B5 直接剪切试验记录表（2-1）
• 表B6 直接剪切试验记录表（2-2）
• 表B7 压缩试验记录表（4-1）
• 表B8 压缩试验记录表（4-2）
• 表B9 压缩试验记录表（4-3）
• 表B10 压缩试验记录表（4-4）
• 表B11 颗粒分析试验记录表（4-1）
• 表B12 颗粒分析试验记录表（4-2）
• 表B13 颗粒分析试验记录表（4-3）
• 表B14 颗粒分析试验记录表（4-4）
• 图B1 颗粒大小分布曲线