本發(fā)明涉及軟弱土加固處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種軟弱土加固處理的方法。

背景技術(shù)：

在我國(guó)沿海、沿江的廣大區(qū)域里，普遍分布著淤泥質(zhì)軟黏土。淤泥質(zhì)軟黏土有高含水率、低強(qiáng)度、高壓縮性、低滲透性等諸多缺點(diǎn)，這些不良特性給工程施工帶來(lái)了很多困難。高壓縮性會(huì)引起地基發(fā)生較大的整體沉降或不均勻沉降；低滲透性會(huì)導(dǎo)致土體排水固結(jié)會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，影響工程施工和建筑物的使用；低強(qiáng)度導(dǎo)致地基承載力不足和穩(wěn)定性差，通常該類(lèi)土體不能滿(mǎn)足工程的要求。為了改善淤泥質(zhì)軟黏土的這些不良特性，在工程施工中采用了多種方法對(duì)其進(jìn)行處理，如強(qiáng)夯法、真空預(yù)壓法、堆載預(yù)壓法等。由于淤泥質(zhì)軟黏土具有低滲透性，常規(guī)排水固結(jié)方法處理該類(lèi)土體時(shí)會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，而且土體加固效果有時(shí)也并不理想。隨著我國(guó)工程建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)土地需求的日益迫切，一種新的軟弱土處理方法—電滲排水固結(jié)法在工程中逐漸得到應(yīng)用，尤其是在淤泥質(zhì)軟黏土地基處理中的應(yīng)用中也越來(lái)越廣泛，而且取得了較好的效果。

但是，在通電過(guò)程中隨著土中水分的排出，裂縫逐漸形成發(fā)展，電滲前期，形成的細(xì)微裂縫可以充當(dāng)排水通道，有助于陰極水分的及時(shí)排出，提高電滲排水效率；而到了電滲后期，裂縫在深度和寬度方向逐漸發(fā)展，部分裂縫甚至能夠貫穿整塊土體，阻斷陰陽(yáng)極間的通路，降低電滲的排水效果。前文電滲試驗(yàn)已經(jīng)表明，利用電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)作用將帶電納米顆粒引入土體中，可以顯著緩解陰極土體裂縫開(kāi)展情況，填充土顆粒間的空隙，提高土體密實(shí)度，從而提高其抗剪強(qiáng)度。但由于納米顆粒是零維納米材料，尺寸較小，即使形成團(tuán)聚體，其尺寸也無(wú)法和土顆粒間的孔隙相比，而只能填充比較微小的孔隙，無(wú)法大范圍緩解土體開(kāi)裂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種軟弱土加固處理的方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種軟弱土加固處理的方法，在軟弱土中注入氧化石墨烯或還原氧化石墨烯或石墨烯，進(jìn)一步加快土體中水的排出，增加軟弱土的強(qiáng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)軟弱土的加固，同時(shí)可以提高固結(jié)后軟弱土的抗?jié)B能力。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述氧化石墨烯、還原氧化石墨烯和石墨烯的厚度均為0.35-4.0nm，單片氧化石墨烯、單片還原氧化石墨烯和單片石墨烯的長(zhǎng)度均為5.0-30um。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述軟弱土是淤泥或淤泥質(zhì)土或沖填土或雜填土。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)軟弱土中注入氧化石墨烯、還原氧化石墨烯或石墨烯，對(duì)軟弱土進(jìn)行處理，對(duì)比分析原狀土和不同氧化石墨烯、還原氧化石墨烯或石墨烯濃度下液塑限、壓縮性、電動(dòng)電勢(shì)、抗剪強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、微觀(guān)結(jié)構(gòu)等方面的變化，評(píng)估氧化石墨烯、還原氧化石墨烯或石墨烯對(duì)土體的加固效果，推動(dòng)納米材料在地基加固領(lǐng)域的應(yīng)用，為工程實(shí)踐提供有益的指導(dǎo)。

附圖說(shuō)明

圖1為軟弱土加固處理的方法中的氧化石墨烯AFM圖。

圖2為軟弱土加固處理的方法中的氧化石墨烯SEM圖。

圖3為軟弱土加固處理的方法中的各試驗(yàn)組液塑限隨氧化石墨烯濃度變化圖。

圖4為軟弱土加固處理的方法中的固結(jié)實(shí)驗(yàn)中壓縮試樣示意圖。

圖5為軟弱土加固處理的方法中的孔隙比與固結(jié)壓力之間的對(duì)數(shù)關(guān)系曲線(xiàn)圖。

圖6為軟弱土加固處理的方法中的壓縮系數(shù)a1-2曲線(xiàn)圖。

圖7為軟弱土加固處理的方法中的各試驗(yàn)組電動(dòng)電勢(shì)變化曲線(xiàn)圖。

圖8為軟弱土加固處理的方法中的軸向應(yīng)力差與固結(jié)壓力之間的對(duì)數(shù)關(guān)系曲線(xiàn)圖。

圖9為軟弱土加固處理的方法中的各試驗(yàn)組粘聚力變化曲線(xiàn)圖。

圖10為軟弱土加固處理的方法中的氧化石墨烯加固土體機(jī)理簡(jiǎn)圖。

圖11為軟弱土加固處理的方法中的原狀土實(shí)驗(yàn)組的微觀(guān)結(jié)構(gòu)圖。

圖12為軟弱土加固處理的方法中的氧化石墨烯濃度為0.2mg/ml的試驗(yàn)組的微觀(guān)結(jié)構(gòu)圖。

圖13為軟弱土加固處理的方法中的氧化石墨烯濃度為0.4mg/ml的試驗(yàn)組的微觀(guān)結(jié)構(gòu)圖。

圖14為軟弱土加固處理的方法中的氧化石墨烯濃度為0.6mg/ml的試驗(yàn)組的微觀(guān)結(jié)構(gòu)圖。

圖15為軟弱土加固處理的方法中的氧化石墨烯濃度為0.8mg/ml的試驗(yàn)組的微觀(guān)結(jié)構(gòu)圖。

圖16為軟弱土加固處理的方法中的氧化石墨烯濃度為1.0mg/ml的試驗(yàn)組的微觀(guān)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專(zhuān)利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖1-16，一種軟弱土加固處理的方法，是在軟弱土中注入氧化石墨烯、還原氧化石墨烯或石墨烯，進(jìn)一步加快土體中水的排出，增加軟弱土的強(qiáng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)軟弱土的加固，同時(shí)可以提高固結(jié)后軟弱土的抗?jié)B能力。

氧化石墨烯、還原氧化石墨烯或石墨烯的厚度為0.35-4.0nm，單片氧化石墨烯、還原氧化石墨烯或石墨烯的長(zhǎng)度為5.0-30um。所述軟弱土包括淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土及其他高壓縮性土。

本發(fā)明能夠用于淤泥的加固。

本發(fā)明能夠用于淤泥質(zhì)土的加固。

本發(fā)明能夠用于沖填土的加固。

本發(fā)明能夠用于雜填土及其他高壓縮性土的加固。

本發(fā)明能夠提高固結(jié)后軟弱土的抗?jié)B能力。

以下結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明：

實(shí)施例1

氧化石墨烯獨(dú)特的單原子結(jié)構(gòu)和豐富的活性官能團(tuán)，使其在物理化學(xué)性質(zhì)方面有別于傳統(tǒng)的納米材料，從而在儲(chǔ)能、傳感器、催化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但氧化石墨烯在工程方面的應(yīng)用卻鮮有報(bào)道。為了探索氧化石墨烯在地基加固領(lǐng)域的應(yīng)用，本次試驗(yàn)將不同濃度的氧化石墨烯分別拌入等量土體中，從多個(gè)方面分析其在土中作用。1試驗(yàn)土樣的選擇

由于天然土的成分過(guò)于復(fù)雜，且均勻程度差，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較大，因此本次試驗(yàn)采用的是性質(zhì)相對(duì)單一的耐火土，購(gòu)自上海公司，其主要的物質(zhì)成分和力學(xué)性能指標(biāo)如下表1和表2所示。

表1土樣力學(xué)性能指標(biāo)

表2土樣物質(zhì)成分組成

2氧化石墨烯的制備

由于不同方法制備出的氧化石墨烯結(jié)構(gòu)不同，性能也不相同，為了使本次試驗(yàn)更具有代表性，采用現(xiàn)在比較常用的Hummer法來(lái)制備氧化石墨烯，主要步驟如下：

1)用天平分別稱(chēng)量100g鱗片狀石墨(325目)，50g過(guò)硫酸鉀，50g五氧化二磷準(zhǔn)備待用。

2)依次將過(guò)硫酸鉀和五氧化二磷加入到150ml的濃硫酸中(濃度98％)待完全溶解后，緩慢加入石墨粉，邊加邊用玻璃棒進(jìn)行攪拌，期間由于氧化基團(tuán)的插入，石墨片層間距增大，體積會(huì)發(fā)生劇烈膨脹。

3)待攪拌均勻，體積膨脹穩(wěn)定后，將混合物密封，放到保溫隔熱箱中6h，讓石墨充分氧化。

4)將混合物用去離子水溶解，用真空抽濾泵進(jìn)行清洗，直至顯示中性為止。

5)將抽濾完成的石墨轉(zhuǎn)移到玻璃培養(yǎng)皿中，在烘干箱內(nèi)干燥過(guò)夜，溫度控制在50℃左右。

6)在玻璃反應(yīng)釜內(nèi)加入2300ml的濃硫酸，然后加入烘干后的石墨，待攪拌均勻后，稱(chēng)量300g的高錳酸鉀，逐勺的加入反應(yīng)釜中，添加過(guò)程中嚴(yán)格控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度不要超過(guò)20℃，此時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)的混合物質(zhì)顯示墨綠色。

7)高錳酸鉀完全加入后，將反應(yīng)釜內(nèi)的溫度提高到35℃左右，并保持2h。

8)用玻璃滴管往反應(yīng)釜內(nèi)逐滴滴加4600ml的去離子水，此時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)會(huì)放出大量的熱，用水浴循環(huán)鍋控制反應(yīng)釜內(nèi)的溫度。

9)待去離子水完全加入后，等待20min，此時(shí)反應(yīng)釜中的顏色逐漸變?yōu)闇\黃色，將混合溶液取出。

10)用量筒量取250ml的H₂O₂(30％)溶液，加入到14000ml的去離子水中，用玻璃棒攪拌均勻待用。

11)將稀釋過(guò)的雙氧水溶液加入到混合溶液中并攪拌均勻。保鮮膜密封過(guò)夜。

12)將混合溶液用離心機(jī)進(jìn)行分離清洗(5min，2000r/min)，取沉淀物質(zhì)。前兩次用濃度為3％的鹽酸溶液清洗，接著再用去離子水清洗，直到上清液顯示中性為止。

13)將所得沉淀物用透析膜(800D)透析，每天換水一次，直到水的電導(dǎo)系數(shù)低于

14)標(biāo)定氧化石墨烯的濃度，并根據(jù)需要配制濃度為0.2mg/ml，0.4mg/ml，0.6mg/ml，0.8mg/ml，1.0mg/ml的氧化石墨烯溶液待用。

為了測(cè)試制備氧化石墨烯的質(zhì)量，利用原子力顯微鏡AFM和掃描電子顯微鏡SEM分別測(cè)試其厚度和面積，從圖1-2中可以看出，制備的氧化石墨烯的厚度為2.3nm左右，理論上，單層碳原子的厚度在0.35nm左右，但由于表面修飾官能團(tuán)的原因，氧化石墨烯的單層厚度在0.9-1.2nm，所制備的氧化石墨烯為2-3層；單片氧化石墨烯的長(zhǎng)度在15um左右，可以滿(mǎn)足試驗(yàn)的需要。

3土樣的制備

1)為了保證溶液的均勻程度，將配制好濃度的氧化石墨烯溶液放入小燒杯中，放入超聲波清洗器中超聲2h待用。

2)取足量的土放入70℃的烘箱中干燥24h以上，以保證去除土體的初始水分。

3)計(jì)算配制含水率為25％的土樣所需要使用氧化石墨烯溶液的質(zhì)量。

4)用噴霧瓶將氧化石墨烯溶液噴到土樣中，邊噴邊進(jìn)行攪拌，以保證各處含水率的均一。

5)將配制好的土樣用密封袋靜置保存24h以上，保證土體含水率各處相同。

3試驗(yàn)測(cè)試及分析

3.1液塑限

隨著土體中水分的質(zhì)量占土體顆?？傎|(zhì)量的比例不同，土體的狀態(tài)也有所差異。根據(jù)瑞典學(xué)者阿太堡的理論，土從液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變需要經(jīng)歷五個(gè)階段，相鄰兩個(gè)階段間的分界含水率為界限含水率，由于每種土的礦物組成、土顆粒的形狀大小以及表面電荷強(qiáng)度等各不相同，導(dǎo)致界限含水率也具有很大的差異，是土體各種因素的綜合反映。其中液限和塑限是實(shí)際工程中評(píng)價(jià)土體好壞的常用指標(biāo)，液限是土從流塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水率，能夠較好的反應(yīng)出土的壓縮性、脹縮性等物理力學(xué)性能指標(biāo)；塑限是土從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛菜軤顟B(tài)的界限含水率，可以從側(cè)面反映土體結(jié)合水膜的厚度，兩者對(duì)實(shí)際工程都有重要的參考價(jià)值。為了使此次測(cè)試結(jié)果具有一定的普適性，采用我國(guó)通用的圓錐儀法測(cè)土的液限含水量，搓條法測(cè)土的塑限含水量。

1)從各個(gè)試驗(yàn)組分別取適量配制好的土樣，編號(hào)后放入烘箱中，在溫度為105℃條件下干燥24h以上，然后用研缽進(jìn)行研磨，并用孔徑為0.5mm的分級(jí)篩進(jìn)行篩分，選取透過(guò)分級(jí)篩的土樣200g，加入適量的去離子水，并用調(diào)土刀調(diào)勻，密閉放置12h以上。

2)將制備好的土樣充分?jǐn)嚢杈鶆?，分層裝入盛土杯中，試樣裝滿(mǎn)后，刮成與杯邊緣平齊。

3)給圓錐儀錐尖涂少許的凡士林，將裝好土樣的試杯放在測(cè)定儀上，使錐尖與土樣表面剛好接觸，然后按動(dòng)落錐開(kāi)關(guān)，記錄5s時(shí)錐的入土深度，若入土深度小于10mm則增大水的加入量，然后重復(fù)步驟2，反之，若入土深度大于10mm則減少拌入土的水量，直到錐尖的入土深度為10mm。

4)選取錐尖周?chē)馏w為含水率測(cè)試對(duì)象，并將殘留其中的凡士林去除，采用烘干法進(jìn)行多次測(cè)試取平均值，所得含水率便是土樣的液限含水量W_L。

在測(cè)量土的塑限方法中比較常用的一種就是搓條法，此法更偏向于經(jīng)驗(yàn)，尚未確定統(tǒng)一的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，人為因素對(duì)結(jié)果的的影響較大，但許多早期的實(shí)際工程中均采用此法，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，具有一定的可信度。

試驗(yàn)土樣的準(zhǔn)備步驟和測(cè)液限的步驟相同，此處不在贅述。取一小塊試樣，先用手搓成橢圓形，然后用手掌在毛玻璃板上輕輕滾搓。當(dāng)土條搓至直徑為3mm時(shí)，其產(chǎn)生裂縫并開(kāi)始斷裂，取斷裂后的土條測(cè)試其含水率，則這時(shí)土條的含水量即為土的塑限含水量W_P。

各試驗(yàn)組液塑限隨氧化石墨烯濃度變化如圖3所示，通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，隨著氧化石墨烯濃度的增大，液限逐漸增加，其中以氧化石墨烯濃度為0.8mg/ml的試驗(yàn)組最大，隨后會(huì)有略微的下降，而塑限卻無(wú)明顯的變化，根據(jù)公式I_P＝W_L-W_P可得，在W_p不變的情況下，塑形指數(shù)I_P和W_L的變化趨勢(shì)一致，也是在氧化石墨烯濃度為0.8mg/ml的時(shí)候達(dá)到最大值。塑性指數(shù)愈大，表明土的顆粒愈細(xì)，比表面積愈大，土的粘粒或親水礦物(如蒙脫石)含量愈高，土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍就愈大。

氧化石墨烯改變土體可塑性的機(jī)理，土的可塑性取決于土顆粒間結(jié)合水的性質(zhì)，和自由水不同，結(jié)合水有一定的粘性、彈性、和抵抗剪切變形的能力。土壤具有可塑性，則說(shuō)明土顆粒外層包裹著一定厚度的結(jié)合水膜。由于氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)在水溶液中會(huì)釋放出H₊，自身則帶有當(dāng)量的負(fù)電荷，添加到土體后，氧化石墨烯會(huì)吸引土顆粒周?chē)年?yáng)離子，從而影響土壤顆粒之間的結(jié)合水的厚度，影響土體的液限和塑形指數(shù)。

3.2固結(jié)試驗(yàn)

由于土體顆粒間含有大量的孔隙，使得土體在一定壓力的作用下體積會(huì)縮小，這種特性也就是土的壓縮性，是評(píng)價(jià)地基承載能力的的重要指標(biāo)，當(dāng)?shù)鼗馏w為壓縮性較高的軟弱土?xí)r，容易造成上部建筑物的不均勻沉降，使其開(kāi)裂傾斜甚至倒塌。

本次試驗(yàn)采用WG單桿固結(jié)儀測(cè)試各試驗(yàn)組的壓縮特性，具體操作步驟及計(jì)算方法參見(jiàn)土工試驗(yàn)規(guī)程SL237-1999。各試驗(yàn)組測(cè)試如圖4-6所示，圖5為孔隙比e固結(jié)壓力p之間的對(duì)數(shù)關(guān)系曲線(xiàn)，在濃度較低的時(shí)候，孔隙比e的值隨氧化石墨烯濃度的增加而減小，當(dāng)氧化石墨烯濃度超過(guò)0.8mg/ml，達(dá)到1.0mg/ml時(shí)，孔隙比e反而增加了。這是因?yàn)檠趸┦嵌S納米材料，能夠填充土顆粒間的孔隙，降低土體孔隙比；另外，由于氧化石墨烯表面帶有負(fù)電荷，增加土顆粒的電場(chǎng)強(qiáng)度，使土顆粒間的相互排斥力增大，導(dǎo)致土體孔隙比增大。

同樣的，壓縮系數(shù)也是描述物體壓縮性大小的物理量，通常以不同的固結(jié)壓力P為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的孔隙比e為縱坐標(biāo)，繪制壓縮試驗(yàn)所得的e-p曲線(xiàn)，如圖6所示。在壓力為p₁時(shí)候土體的孔隙比為e₁，當(dāng)壓力增至p₂時(shí)，土體的孔隙比變成了e₂，當(dāng)P₁和P₂的差值不大時(shí)，可用線(xiàn)段來(lái)代替M₁M₂之間的曲線(xiàn)，用線(xiàn)段M₁M₂的斜率可以用來(lái)表示土在P₁到P₂壓力范圍的壓縮性，其中壓縮系數(shù)可以用小寫(xiě)字母a來(lái)表示，a的值越大則說(shuō)明了土的體積越松散，壓縮性愈高。

從圖4中可以看出，壓縮系數(shù)a的值與所施加壓力的大小有關(guān)。在實(shí)際工程應(yīng)用中常常采用100～200kPa壓力范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a_1-2來(lái)估計(jì)土的壓縮性。

a_1-2<0.1MPa_-1屬低壓縮性土；

0.1MPa_-1≤a_1-2<0.5MPa-1屬中壓縮性土；

a_1-2≥0.5MPa-1屬高壓縮性土。

從圖中可以看出，所有試驗(yàn)組中的土樣均屬于中壓縮性土，而其中氧化石墨烯濃度為0.8mg/ml的試驗(yàn)組壓縮系數(shù)最小，約為0.52左右，說(shuō)明該試驗(yàn)組中的土樣壓縮性最小，和孔隙試驗(yàn)結(jié)果一致。

3.3電動(dòng)電勢(shì)

從雙電層理論可以得出，當(dāng)溶膠粒子在電場(chǎng)力作用下與介質(zhì)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，并非是溶膠粒子的單獨(dú)移動(dòng)，而是帶著緊密層的溶膠粒子與擴(kuò)散層間作相對(duì)移動(dòng)，由此而產(chǎn)生的界面就是我們所說(shuō)的滑動(dòng)面，由于距離粒子表面的遠(yuǎn)近不同，滑動(dòng)面和溶液本體間的電勢(shì)也不相同，二者之間的電勢(shì)差叫電動(dòng)電勢(shì)。對(duì)土而言，土顆粒表面通常帶有負(fù)電荷，會(huì)在其周?chē)纬梢欢◤?qiáng)度的電場(chǎng)，吸引著周?chē)臉O性水分子，隨著距離的增大，這種吸引力逐漸減小，在外加電場(chǎng)作用下，土顆粒和緊密層的水分子一起移動(dòng)，并在擴(kuò)散層中形成滑動(dòng)面，從滑動(dòng)面到水本體間的電勢(shì)差既是土顆粒的電動(dòng)電勢(shì)。

土的電動(dòng)電勢(shì)也是評(píng)價(jià)土體性質(zhì)的重要指標(biāo)，因?yàn)殡妱?dòng)電勢(shì)的大小決定了土顆粒周?chē)Y(jié)合水膜的厚度，也決定了土的壓實(shí)程度。若電動(dòng)電勢(shì)太小，則說(shuō)明結(jié)合水膜較薄，土中水以強(qiáng)結(jié)合水為主，土顆粒間的摩擦力較大，難以發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，導(dǎo)致土體難以壓實(shí)。若電動(dòng)電勢(shì)過(guò)大，則說(shuō)明土中水除了結(jié)合水外，還含有大量的自由水，壓實(shí)過(guò)程中孔隙水不易排出，壓實(shí)困難。在合適的電動(dòng)電勢(shì)條件下，土顆粒周?chē)幸欢ê穸鹊慕Y(jié)合水膜，土顆粒間的摩擦力減小，顆粒調(diào)整難度降低，能夠或得最佳的壓實(shí)效果。

各試驗(yàn)組電動(dòng)電勢(shì)的測(cè)試結(jié)果如圖7所示，和孔隙比的測(cè)試結(jié)果相同，在前5組試驗(yàn)中，隨著氧化石墨烯濃度的增加，電動(dòng)電勢(shì)依次增大，說(shuō)明了土顆粒間的水膜在逐漸增厚，但當(dāng)氧化石墨烯濃度超過(guò)0.8mg/ml時(shí)，電動(dòng)電勢(shì)略微降低(圖7)。

3.4抗剪強(qiáng)度

土體抗剪強(qiáng)度的大小是評(píng)價(jià)地基好壞最重要的指標(biāo)，提高抗剪強(qiáng)度是各種地基處理方法的最終目的，但抗剪強(qiáng)度的大小受到土體種類(lèi)，含水率，溫度、地質(zhì)條件等綜合因素的影響。

本次試驗(yàn)采用TSZ-1B全自動(dòng)三軸儀，在圍壓分別為50KPa，100KPa，150KPa條件下，測(cè)試不同氧化石墨烯濃度的試驗(yàn)組土體抗剪強(qiáng)度的大小，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果繪制莫爾圓，計(jì)算出個(gè)試驗(yàn)組土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角的大小，測(cè)試參數(shù)和試驗(yàn)步驟與前文相同，此處不再詳細(xì)闡述。具體測(cè)試結(jié)果如圖8-9和表3所示。

對(duì)比原狀土和摻入氧化石墨烯的試驗(yàn)組可以發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯的摻入可以顯著提高土體的軸向應(yīng)力，且隨著氧化石墨烯濃度的增加，總體趨勢(shì)增大，最大值出現(xiàn)在氧化石墨烯濃度為0.8mg/ml的試驗(yàn)組，最大提高幅度可以達(dá)到32％左右。根據(jù)不同圍壓條件下的測(cè)試結(jié)果，以(σ₁-σ₃)/2為半徑，繪制三種相應(yīng)的莫爾圓，并找出公切線(xiàn)即強(qiáng)度包絡(luò)線(xiàn)，與Y軸的截距就是粘聚力C，與水平線(xiàn)的夾角也就是內(nèi)摩擦角φ。從測(cè)得的數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，和原狀土比較，加入氧化石墨烯試驗(yàn)組的粘聚力均有所提高，其中提高幅度最大的為0.8mg/ml試驗(yàn)組，提高幅度達(dá)到了27.15％。而氧化石墨烯的加入對(duì)內(nèi)摩擦角的影響卻比較離散，沒(méi)有一定的規(guī)律可循，故不再進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

氧化石墨烯改善土的凝聚力C的機(jī)理如下：首先，氧化石墨烯被添加到土壤中后，大片層的氧化石墨烯可以將細(xì)小土顆粒包裹，形成一個(gè)新的整體，增強(qiáng)了土顆粒間的機(jī)械咬合力，減小了土顆粒間的相對(duì)滑動(dòng)；其次，氧化石墨烯還可以填充土顆粒間的孔隙，增大其相互接觸面積，增強(qiáng)土顆粒間的摩擦系數(shù)，提高土體抵抗剪切變形的能力(圖10)。

表3各試驗(yàn)組粘聚力和內(nèi)摩擦角

3.5微觀(guān)結(jié)構(gòu)

微觀(guān)結(jié)構(gòu)上的微小差異也會(huì)導(dǎo)致宏觀(guān)性質(zhì)的千差萬(wàn)別。為了更直觀(guān)的分析氧化石墨烯的加固機(jī)理及在土中的狀態(tài)，利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀(guān)察不同試驗(yàn)組土體的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，如圖11-16所示。從圖中可以看出，原狀土中土顆粒間排列疏松，空隙較大，而加入氧化石墨烯試驗(yàn)組中，土體中存在著許多的片層狀物質(zhì)，這很有可能就是片層狀的氧化石墨烯。從圖中個(gè)試驗(yàn)組土體微觀(guān)結(jié)構(gòu)的差別可以看出，氧化石墨烯的加入，有可能會(huì)包裹土體中的細(xì)微顆粒，使其形成一個(gè)新的整體，也可以填充土顆粒間的較大空隙，從而提高整個(gè)土體的抗剪強(qiáng)度。

4結(jié)論

為了進(jìn)一步解釋納米材料加固土體的機(jī)理，了解其在土中所起到的作用，本次試驗(yàn)采用人工攪拌的方式將表面積相對(duì)較大的二維納米材料-氧化石墨烯引入到土體中。通過(guò)對(duì)比分析原狀土和不同氧化石墨烯濃度下液塑限、壓縮性、電動(dòng)電勢(shì)、抗剪強(qiáng)度、微觀(guān)結(jié)構(gòu)等方面的變化，評(píng)估氧化石墨烯對(duì)土體的加固效果，推動(dòng)納米材料在地基加固領(lǐng)域的應(yīng)用。

1)納米材料-氧化石墨烯的加入可以顯著提高土體的液限，但對(duì)塑限的影響卻不大，從而導(dǎo)致塑性指數(shù)也隨之提高，其中以氧化石墨烯濃度為0.8mg/ml的試驗(yàn)組提高幅度最大，可以達(dá)到26％。

2)土體中片層狀較大的氧化石墨烯可能會(huì)包裹細(xì)小土顆粒，形成一個(gè)新的整體，增大土顆粒間的摩擦力，減小土顆粒間的相對(duì)滑動(dòng)，提高土體抵抗滑移的能力。

3)片層狀較小的氧化石墨烯可以有效填充土顆粒間的孔隙，提高土體密實(shí)度，降低壓縮性，提高抗剪強(qiáng)度，其中氧化石墨烯濃度為0.8mg/ml的試驗(yàn)組粘聚力提高幅度達(dá)到了27.15％。

上面對(duì)本專(zhuān)利的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本專(zhuān)利并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專(zhuān)利宗旨的前提下作出各種變化。