一種紅土工程病害根源的診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種紅土工程病害根源的診斷方法，屬于巖土工程病害防治技術(shù)領(lǐng)域。分別試驗(yàn)并檢測(cè)紅土中包含硅、鋁、鐵、鈦4種元素的關(guān)鍵支撐物質(zhì)含量，對(duì)比分析工程正常老化部位和病害部位的測(cè)試結(jié)果，從而對(duì)紅土工程病害的根源進(jìn)行診斷。本發(fā)明提出了“關(guān)鍵支撐物質(zhì)”的概念，認(rèn)為紅土工程劣化、破壞的根本原因，是關(guān)鍵支撐物質(zhì)變質(zhì)流失造成的，為此設(shè)計(jì)了相應(yīng)的病害診斷方法，可為工程病害原因和工程加固的物質(zhì)補(bǔ)充提供本源性診斷結(jié)論。采用本發(fā)明診斷病害得出結(jié)論的本源清晰、缺失物質(zhì)的種類和數(shù)量準(zhǔn)確，據(jù)其實(shí)施除險(xiǎn)加固的針對(duì)性強(qiáng)，因此能夠顯著延長(zhǎng)紅土工程的經(jīng)濟(jì)壽命。
【專利說(shuō)明】
一種紅土工程病害根源的診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種紅土工程病害根源的診斷方法，屬于巖土工程病害防治技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅土（laterite)在全世界的暖熱暴雨地區(qū)，如我國(guó)的云貴、兩廣、海南等地域普遍 存在，由于其良好的工程性質(zhì)和低廉的造價(jià)，長(zhǎng)期以來(lái)都是各國(guó)最常用的建筑材料之一，大 量應(yīng)用于水利水電工程、路橋、房屋等巖土工程之中，例如我國(guó)最高的土石壩一一云南糯扎 渡水電站大壩就采用紅土為主要建材。紅土覆蓋省區(qū)大量灌溉型水庫(kù)的堤壩均采用紅土構(gòu) 筑而成，由于歷史和技術(shù)原因，我國(guó)的紅土壩大多數(shù)屬于病險(xiǎn)工程，國(guó)家和各級(jí)政府每年都 籌集數(shù)百億元巨額資金對(duì)其實(shí)施除險(xiǎn)加固。
[0003] 據(jù)中國(guó)水利部統(tǒng)計(jì)，自1954年有記錄以來(lái)，我國(guó)已經(jīng)發(fā)生大壩潰決事故3515次，其 中土石壩因漫頂、滲透破壞導(dǎo)致的的潰壩占比超過(guò)98%。如1975年河南省板橋、石漫灘水庫(kù) 的土壩潰塌，造成重大人員傷亡和社會(huì)破壞，直接受災(zāi)人口達(dá)一千余萬(wàn)；又如2013年新疆聯(lián) 豐水庫(kù)、黑龍江星火水庫(kù)、山西曲亭水庫(kù)等相繼潰壩，均造成了顯著的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損 失。各國(guó)的長(zhǎng)期實(shí)踐已經(jīng)證明：對(duì)土石堤壩加強(qiáng)病害診斷、施行除險(xiǎn)加固，是避免潰壩災(zāi)難 的有效對(duì)策。
[0004] 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范要求，紅土工程的除險(xiǎn)加固，必須以其病害診斷的結(jié)論 為依據(jù)。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在紅土工程病害的診斷領(lǐng)域均采用宏觀物理分析法，主要包括原 型監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)鉆探，各種變形、滲流、應(yīng)力等參數(shù)檢測(cè)，以及常規(guī)物理力學(xué)試驗(yàn)等。這類傳統(tǒng) 方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀易懂、便于操作，獲取的參數(shù)與工程設(shè)計(jì)指標(biāo)的關(guān)系密切。但由于其忽略 了材料之間、紅土與環(huán)境之間的長(zhǎng)期細(xì)觀效應(yīng)，難以弄清誘發(fā)工程病害的根本原因，從而使 得耗費(fèi)巨資的修復(fù)項(xiàng)目治標(biāo)不治本，缺乏本源針對(duì)性，遠(yuǎn)期效益普遍低下。往往耗費(fèi)數(shù)百 萬(wàn)、數(shù)千萬(wàn)元資金進(jìn)行修復(fù)，卻只能使紅土大壩在2~8年內(nèi)運(yùn)行合格，甚至越修越爛，進(jìn)入 "病害-加固-病險(xiǎn)-除險(xiǎn)-病害-加固-病險(xiǎn) "的怪圈循環(huán)，浪費(fèi)了巨額的專項(xiàng)投 資。
[0005] 本項(xiàng)目組的研究成果表明：紅土的工程特性主要由關(guān)鍵支撐物質(zhì)提供，這類物質(zhì) 主要包括31〇2^62〇3^12〇3、!1〇2，以及其它金屬氧化物。加固材料之中的酸、堿物質(zhì)，不僅能 與紅土中硅、鐵、鋁、鈦的氧化物發(fā)生長(zhǎng)期的互損劣化反應(yīng)，還會(huì)破壞紅土粘聚力所必須的 水介質(zhì)環(huán)境、導(dǎo)致其顆粒解構(gòu)和材料離散，這無(wú)疑就是在紅土類工程上使用傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù) 而成效太低的根本原因。紅土大壩的除險(xiǎn)加固應(yīng)當(dāng)重視材料之間的相互作用、細(xì)觀結(jié)構(gòu)在 環(huán)境作用下的劣化演變、不同材料接觸面的化學(xué)降解物理離析等等長(zhǎng)期因素，否則不僅難 以根治普遍存在的異種材料界面滲漏病害，更難以解決除險(xiǎn)加固性價(jià)比太低、維修投資過(guò) 高、整個(gè)工程的正常運(yùn)行周期太短等難題。
[0006] 本發(fā)明由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50869003、41462013、51069003)、云南省應(yīng)用基 礎(chǔ)研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2013FA033)、云南省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目（2015Y072)等資助研 究，提出了"關(guān)鍵支撐物質(zhì)"的概念，對(duì)比正常老化的材料分析紅土工程的病害部位，探究關(guān) 鍵支撐物質(zhì)的變質(zhì)流失與病害的關(guān)系，從而確診該工程的病害程度、缺失物質(zhì)以及缺失緣 由，明確除險(xiǎn)加固的重點(diǎn)部位和補(bǔ)充物質(zhì)的選料原則。由本方法得出的診斷結(jié)果病害本源 清晰，據(jù)此實(shí)施除險(xiǎn)加固的針對(duì)性強(qiáng)，因此能夠顯著延長(zhǎng)紅土工程的經(jīng)濟(jì)壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題主要包括：（1)紅土工程的病害本源不明確，致使除險(xiǎn)加 固的具體目標(biāo)模糊，加固后工程的經(jīng)濟(jì)壽命太短、遠(yuǎn)期效益太低；（2)紅土工程界迄今使用 的物理力學(xué)指標(biāo)屬于宏觀參數(shù)，與巖土構(gòu)成的細(xì)觀指標(biāo)沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)，致使除險(xiǎn)加固的針 對(duì)性差，在加固材料的選擇與配合方面經(jīng)常出現(xiàn)失誤；（3)現(xiàn)有的病險(xiǎn)診斷方法沒(méi)有考慮材 料之間、紅土與環(huán)境之間的長(zhǎng)期作用，尚未弄清誘發(fā)工程病害的細(xì)觀效應(yīng)，致使耗費(fèi)巨資的 除險(xiǎn)加固治標(biāo)不治本，僅在短時(shí)間內(nèi)能夠達(dá)到預(yù)期效果。本發(fā)明提出了一種紅土工程病害 根源的診斷方法，通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0008] 一種紅土工程病害根源的診斷方法:分別試驗(yàn)并檢測(cè)紅土中包含硅、鋁、鐵、鈦4種 元素的關(guān)鍵支撐物質(zhì)含量，對(duì)比分析工程正常老化部位和病害部位的關(guān)鍵支撐物質(zhì)流失量 測(cè)試結(jié)果，從而對(duì)紅土工程病害的進(jìn)行根源診斷。
[0009] 其具體步驟如下： (1) 原型取樣:在紅土工程的裂縫、坍塌、滑弧、明顯泌水等病害部位，去除表面覆蓋層 后取樣并編號(hào)，作為病害部位的試樣；同時(shí)在附近與病害材料同高程的完好部位取樣，作為 正常老化部位的試樣； (2) 物質(zhì)分離試驗(yàn):根據(jù)對(duì)紅土工程的環(huán)境檢測(cè)，確定環(huán)境為酸性體系還是堿性體系， 酸性體系采用強(qiáng)酸浸泡，堿性體系采用強(qiáng)堿浸泡。采用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿浸泡方式，對(duì)步驟（1)得 到的病害部位的試樣和正常老化部位的試樣，同時(shí)段進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和滲透試驗(yàn)，以便分離 出包含娃、錯(cuò)、鐵、欽4種兀素的關(guān)鍵支撐物質(zhì)； (3) 定量檢測(cè)關(guān)鍵支撐物質(zhì):分別檢測(cè)步驟(2)得到的病害部位試樣和正常老化部位試 樣中的關(guān)鍵支撐物質(zhì)含量； (4) 對(duì)比分析:將步驟(3)得到的病害部位試樣和正常老化部位試樣中的關(guān)鍵支撐物質(zhì) 含量進(jìn)行對(duì)比，量化分析病害部位試樣中各種關(guān)鍵支撐物質(zhì)的異常缺失情況，對(duì)紅土工程 病害進(jìn)行根源診斷。
[0010] 所述步驟(2)中強(qiáng)酸為鹽酸溶液，濃度為8wt%。
[0011] 所述步驟（2)中強(qiáng)堿為Ca(0H)2過(guò)飽和乳濁液，過(guò)飽和乳濁液中Ca(0H)2含量為 150g/l〇
[0012] 所述步驟(3)中定量檢測(cè)為離子檢測(cè)技術(shù)。
[0013] 本發(fā)明的工作原理： 紅土工程病害的傳統(tǒng)診斷方法均采用宏觀分析法，主要包括原型監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)鉆探，各種 變形、滲流、應(yīng)力等參數(shù)檢測(cè)，以及常規(guī)物理力學(xué)試驗(yàn)等，這類方法難以弄清誘發(fā)工程病害 的根本原因，從而使得修復(fù)項(xiàng)目治標(biāo)不治本，缺乏本源針對(duì)性，遠(yuǎn)期效益普遍低下。詳見(jiàn)"背 景技術(shù)"中的闡述。
[0014] 本項(xiàng)目組的研究成果證明：紅土的工程特性是由關(guān)鍵支撐物質(zhì)提供的，這類物質(zhì) 主要包括5102、？6203)1203、110 2，以及少量其它金屬氧化物。加固材料之中的酸、堿物質(zhì)不 僅與紅土中硅、鐵、鋁、鈦的氧化物發(fā)生了長(zhǎng)期互損劣化反應(yīng)，還會(huì)破壞紅土粘聚力所必須 的水介質(zhì)環(huán)境、導(dǎo)致其顆粒解構(gòu)和材料離散化，這無(wú)疑就是紅土工程使用不當(dāng)修復(fù)技術(shù)而 成效太低的根本原因。紅土工程的除險(xiǎn)加固應(yīng)當(dāng)重視材料之間的相互作用、細(xì)觀結(jié)構(gòu)在環(huán) 境作用下的劣化演變、不同材料接觸面的化學(xué)降解物理離析等等長(zhǎng)期因素，否則不僅難以 根治普遍存在的異種材料界面滲漏病害，更難以解決除險(xiǎn)加固性價(jià)比太低、維修投資過(guò)高、 整個(gè)工程的正常運(yùn)行周期太短等難題。
[0015] 為此，本發(fā)明提出了"關(guān)鍵支撐物質(zhì)"的概念，對(duì)比正常老化材料來(lái)分析紅土工程 的病害部位，探究關(guān)鍵支撐物質(zhì)的變質(zhì)流失與病害的關(guān)系，從而確診該工程的病害程度、缺 失的物質(zhì)以及缺失緣由，明確除險(xiǎn)加固的重點(diǎn)部位和補(bǔ)充物質(zhì)的選料原則。為了盡快獲知 病害工程中關(guān)鍵支撐物質(zhì)的損失情況，本發(fā)明有機(jī)組合了先進(jìn)技術(shù)，采用加速壽命試驗(yàn)與 離子檢測(cè)方式，從紅土試樣的浸泡液和滲透全液中定量測(cè)試鐵、鋁、鈦離子及硅酸根離子的 含量(濃度），據(jù)其即可判定病害紅土工程中的缺失物質(zhì)及缺失程度，并可進(jìn)一步分析其缺 失原因，故此屬于病害根源的診斷方法。
[0016] 本發(fā)明包括原型取樣、物質(zhì)分離試驗(yàn)、定量檢測(cè)關(guān)鍵支撐物質(zhì)、對(duì)比分析等4個(gè)步 驟。為了符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范以便推廣，各組成部分均采用已有先進(jìn)技術(shù)，其原理可 靠、理論成熟，在病害診斷方法中的功能如前所述。采用本發(fā)明診斷病害得出結(jié)論的本源清 晰、缺失物質(zhì)的種類和數(shù)量準(zhǔn)確，據(jù)其實(shí)施除險(xiǎn)加固的針對(duì)性強(qiáng)，因此能夠顯著延長(zhǎng)紅土工 程的經(jīng)濟(jì)壽命。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是： (1)弄清了紅土工程的病害根源 傳統(tǒng)的病害診斷方法不考慮紅土自身的材料變異，致使除險(xiǎn)加固的具體目標(biāo)模糊，加 固后工程的經(jīng)濟(jì)壽命太短、遠(yuǎn)期效益太低。依據(jù)項(xiàng)目組長(zhǎng)期的大量研究成果，本發(fā)明提出了 "關(guān)鍵支撐物質(zhì)"的概念，認(rèn)為紅土工程劣化、破壞的根本原因，是關(guān)鍵支撐物質(zhì)變質(zhì)流失造 成的，這就為工程加固的物質(zhì)補(bǔ)充提供了本源性診斷結(jié)論。
[0018] (2)顯著增強(qiáng)了除險(xiǎn)加固的針對(duì)性 紅土工程界迄今使用的物理力學(xué)指標(biāo)屬于宏觀參數(shù)，與巖土構(gòu)成的物質(zhì)沒(méi)有直接關(guān) 聯(lián)，致使除險(xiǎn)加固的物質(zhì)針對(duì)性差，在加固材料的選擇、配合方面亦經(jīng)常出現(xiàn)失誤。本發(fā)明 提出的診斷方法明晰了關(guān)鍵支撐物質(zhì)的變質(zhì)流失種類及其數(shù)量，因此能夠在工程加固的過(guò) 程中有意識(shí)地增加這些關(guān)鍵物質(zhì)，達(dá)到治標(biāo)又治本的雙重效果。
[0019] (3 )能夠避免材料之間的長(zhǎng)期互損 現(xiàn)有的病險(xiǎn)診斷方法沒(méi)有考慮材料之間、紅土與環(huán)境之間的長(zhǎng)期作用，尚未弄清誘發(fā) 工程病害的細(xì)觀效應(yīng)，致使修復(fù)項(xiàng)目?jī)H在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)期效果。在環(huán)境因素侵蝕或者材 料互損作用下，紅土將逐漸顆粒級(jí)配失衡、內(nèi)摩擦角和凝聚力降低、孔隙率劇增，并使強(qiáng)度、 滲流等等物理力學(xué)指標(biāo)明顯劣化，最終導(dǎo)致工程破壞。本發(fā)明提出的各種關(guān)鍵支撐物質(zhì)正 是物理力學(xué)指標(biāo)的本源，在除險(xiǎn)加固中注意保護(hù)這些關(guān)鍵支撐物質(zhì)、避免材料之間發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)，就能大大延緩物理力學(xué)指標(biāo)的劣化，從而顯著延長(zhǎng)紅土工程的經(jīng)濟(jì)壽命。
[0020] (4)明確了紅土工程的關(guān)鍵支撐物質(zhì) 對(duì)于紅土工程而言，關(guān)鍵支撐物質(zhì)主要包括硅、鋁、鐵、鈦這4種元素的氧化物，這些物 質(zhì)的變質(zhì)流失以及比例失衡就是工程破壞的根本原因。對(duì)各種關(guān)鍵支撐物質(zhì)的剩余含量分 別進(jìn)行試驗(yàn)和檢測(cè)，對(duì)比分析正常老化部位和病害部位的測(cè)試結(jié)果，即可找出導(dǎo)致紅土工 程病害的本源性因素；而在工程的修復(fù)過(guò)程中有針對(duì)性地補(bǔ)充缺失的關(guān)鍵支撐物質(zhì)，既可 使加固、延壽的效果得到顯著提高，更能避免"加固導(dǎo)致工程破壞"的謬誤發(fā)生。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022] 實(shí)施例1 該紅土工程病害根源的診斷方法:分別試驗(yàn)并檢測(cè)紅土中包含硅、鋁、鐵、鈦4種元素的 關(guān)鍵支撐物質(zhì)含量，對(duì)比分析工程正常老化部位和病害部位的關(guān)鍵支撐物質(zhì)流失量測(cè)試結(jié) 果，從而對(duì)紅土工程病害的進(jìn)行根源診斷。
[0023] 其具體步驟如下： (1)原型取樣:去除表面覆蓋層后，在某紅土大壩的嚴(yán)重病害部位和正常老化部位，按 照鉆孔取樣的規(guī)程分別取樣3組，作為平行試驗(yàn)(重復(fù)試驗(yàn)）的材料。嚴(yán)重病害部位的試樣編 號(hào)為:B-1，B-2，B-3;正常老化部分的試樣編號(hào)為:Z-1，Z-2，Z-3。
[0024] (2)物質(zhì)分離試驗(yàn):為了模擬筑壩紅土的實(shí)際情況，在最佳擊實(shí)狀態(tài)下用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀 制備土樣，為了盡快獲得數(shù)據(jù)，依據(jù)加速壽命試驗(yàn)"以濃度換時(shí)間"的原理設(shè)計(jì)了堿侵蝕試 驗(yàn)，采用以蒸餾水為基液的Ca (0H) 2過(guò)飽和乳濁液作為強(qiáng)堿浸泡液，乳濁液中的Ca (0H) 2含量 為150g/l。將6個(gè)環(huán)刀土樣用透水石上下封蓋，不施加其它約束力，分別將上述編號(hào)的試樣 放入強(qiáng)堿浸泡液之中，在70°C恒溫下密閉浸泡45天;浸泡結(jié)束后，分別將6個(gè)環(huán)刀土樣連同 透水石在浸泡盒中滴干，再按規(guī)程進(jìn)行連續(xù)5天常規(guī)滲透試驗(yàn)，試驗(yàn)仍以蒸餾水為基本滲透 液，分別收集6個(gè)環(huán)刀土樣的全部滲水，并緩慢倒入對(duì)應(yīng)編號(hào)的浸泡盒中。
[0025] (3)定量檢測(cè)關(guān)鍵支撐物質(zhì):檢測(cè)步驟(2)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)和滲透試驗(yàn)得到的病害部位 試樣和正常老化部位試樣中的關(guān)鍵支撐物質(zhì)含量。
[0026] 將上述浸泡液和滲透全液混合并按相關(guān)規(guī)程處理后，分別檢測(cè)、記錄6盒混合液中 的鋁、鐵、鈦金屬離子及硅酸根離子的含量。鋁、鐵、鈦離子測(cè)試的主儀器采用FIA-33M型，硅 酸根離子含量檢測(cè)采用硅鉬黃法。檢測(cè)結(jié)果如表1所示，紅土工程嚴(yán)重病害部位、正常老化 部分試樣的4種離子含量，均取3個(gè)平行試樣(重復(fù)試驗(yàn))離子含量的平均值。
[0027]表1混合液中關(guān)鍵支撐物質(zhì)的含量
(4)對(duì)比分析:根據(jù)地球化學(xué)原理，412〇3、？62〇3、!^〇2、51〇2在紅土中的含量分別與分離 出的、、、成正比。從表1可知，相對(duì)于正常老化的紅土而言，嚴(yán)重病害紅土中的損失最小，尚 余98.90%，且平行試樣的測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)規(guī)律性。這是由于氧化鐵在一般情況下不與氫氧化鈣 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，故試圖用堿侵蝕法從紅土中分離并無(wú)意義，正確的分離方式參見(jiàn)實(shí)施例2; 在堿性環(huán)境中運(yùn)行的紅土工程，可參考本實(shí)施例進(jìn)行病害診斷。這個(gè)實(shí)例主要用以證明：用 強(qiáng)堿性材料(如水泥、石灰、火山灰等)對(duì)病害紅土工程進(jìn)行修復(fù)，是只有短期固化效果的錯(cuò) 誤選擇。
[0028]紅土屬于弱酸性材料，對(duì)于紅土壩中的堿性灌漿界面，關(guān)鍵支撐物質(zhì)損失的比率 大小依序?yàn)椤ⅰ?，即相?duì)于正常老化的紅土而言，堿性界面紅土中的損失最大，僅余50.27%。 這表明在環(huán)境荷載及壓力滲流的作用下，紅土壩中的重要黏結(jié)物質(zhì)Al 2〇3已經(jīng)大量變質(zhì)流 失，致使紅土的粘聚力明顯下降；病害紅土中的減少，貝意味著對(duì)內(nèi)摩擦角貢獻(xiàn)較大的T i 〇2 含量不足，因此該紅土大壩存在著很大的滑坡和流土隱患。
[0029]與傳統(tǒng)的物理力學(xué)指標(biāo)安鑒方式進(jìn)行比較，證明上述診斷結(jié)論是準(zhǔn)確的，該紅土 大壩必須禁止高水位運(yùn)行以待修復(fù)。本發(fā)明提出的病害診斷方法不僅重現(xiàn)性好，還在"病害 本源診斷"方面體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，從表1中不難看出：病害紅土損失最大的是Al 2〇3,其次是 Ti〇2,因此除險(xiǎn)加固過(guò)程中應(yīng)當(dāng)為紅土大壩補(bǔ)充這些關(guān)鍵支撐物質(zhì)，這就為加固方案和材 料的選擇指明了方向。
[0030] 實(shí)施例2 該紅土工程病害根源的診斷方法:分別試驗(yàn)并檢測(cè)紅土中包含硅、鋁、鐵、鈦4種元素的 關(guān)鍵支撐物質(zhì)含量，對(duì)比分析工程正常老化部位和病害部位的關(guān)鍵支撐物質(zhì)流失量測(cè)試結(jié) 果，從而對(duì)紅土工程病害的進(jìn)行根源診斷。
[0031] 其具體步驟如下： (1)原型取樣:去除表面覆蓋層后，在某紅土高邊坡的嚴(yán)重病害部位和正常老化部分， 按照鉆孔取樣的規(guī)程分別取樣3組，作為平行試驗(yàn)(重復(fù)試驗(yàn))的材料。嚴(yán)重病害部位的試樣 編號(hào)為:B-1，B-2，B-3;正常老化部分的試樣編號(hào)為:Z-1，Z-2，Z-3。
[0032] (2)物質(zhì)分離試驗(yàn):為了模擬斜坡紅土的實(shí)際工況，在最佳擊實(shí)狀態(tài)下用酚醛樹(shù)脂 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀制備土樣;為了盡快獲得數(shù)據(jù)，依據(jù)加速壽命試驗(yàn)"以濃度換時(shí)間"的原理設(shè)計(jì)酸 侵蝕試驗(yàn)，采用以蒸餾水為基液的8%鹽酸(HC1)作為強(qiáng)酸浸泡液。將6個(gè)環(huán)刀土樣用透水石 上下封蓋，不施加其它約束力，分別放入對(duì)應(yīng)編號(hào)的強(qiáng)酸浸泡液之中，在常溫下密閉浸泡15 天;浸泡結(jié)束后，分別將6個(gè)環(huán)刀土樣連同透水石在浸泡盒中滴干，再按規(guī)程進(jìn)行連續(xù)5天常 規(guī)滲透試驗(yàn)，試驗(yàn)仍以蒸餾水為基本滲透液。分別收集6個(gè)環(huán)刀土樣的全部滲水，并緩慢倒 入對(duì)應(yīng)編號(hào)的浸泡盒中。
[0033] (3)定量檢測(cè)關(guān)鍵支撐物質(zhì):檢測(cè)步驟(2)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)和滲透試驗(yàn)得到的病害部位 試樣和正常老化部位試樣中的關(guān)鍵支撐物質(zhì)含量。
[0034] 將上述浸泡液和滲透全液混合并按相關(guān)規(guī)程處理后，分別檢測(cè)、記錄6盒混合液中 的鋁、鐵、鈦金屬離子及硅酸根離子的含量。鋁、鐵、鈦離子測(cè)試的主儀器采用ICP-AES型，硅 酸根離子含量檢測(cè)采用硅鉬黃法。檢測(cè)結(jié)果如表2所示，紅土斜坡嚴(yán)重病害部位、正常老化 部位試樣的4種離子含量，均取3個(gè)平行試樣(重復(fù)試驗(yàn))離子含量的平均值。
[0035]表2混合液中關(guān)鍵支撐物質(zhì)的含量
(4)對(duì)比分析:根根據(jù)地球化學(xué)原理，六1203、？6203、110 2、3丨02在紅土中的含量分別與分 離出的、、、成正比。從表2可知，相對(duì)于正常老化的紅土而言，嚴(yán)重病害紅土中的和損失不 大，分別余94.95%和95.97 %，且平行試樣的測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)規(guī)律性。這是由于氧化鈦和二氧化 硅在一般情況下不與鹽酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，故試圖用酸侵蝕法從紅土中分離和并無(wú)意義，正 確的分離方式參見(jiàn)實(shí)施例1。這個(gè)實(shí)例主要適用于診斷在酸性環(huán)境中運(yùn)行的紅土工程病害。
[0036]處于弱酸性環(huán)境中的某紅土高邊坡，其中關(guān)鍵支撐物質(zhì)損失的比率大小依序?yàn)椤ⅲ?即相對(duì)于正常老化的紅土而言，嚴(yán)重病害紅土中的損失最大，僅余55.61%。這表明在環(huán)境 荷載及降雨滲流的作用下，紅土斜坡中的重要黏結(jié)物質(zhì)Fe 2〇3、Al2〇3均已大量變質(zhì)流失，致 使紅土自身的粘聚力明顯下降，因此該高邊坡存在很大的滑坡隱患。
[0037]與傳統(tǒng)的物理力學(xué)指標(biāo)安鑒方式進(jìn)行比較，證明上述診斷結(jié)論是準(zhǔn)確的，該紅土 高邊坡必須禁止振動(dòng)、設(shè)置排水以待本源性修復(fù)。本發(fā)明提出的病害診斷方法不僅重現(xiàn)性 好，還在"病害本源診斷"方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，從表2中不難看出：病害紅土損失最大的是 Fe 2〇3,其次是Al2〇3,因此除險(xiǎn)加固過(guò)程中應(yīng)當(dāng)為紅土高邊坡補(bǔ)充這些關(guān)鍵支撐物質(zhì)，這就 為加固方案和材料的選擇指明了方向。
[0038]以上對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方 式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作 出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種紅土工程病害根源的診斷方法，其特征在于:對(duì)比分析正常老化部位和病害部 位的包含硅、鋁、鐵、鈦4種元素的關(guān)鍵支撐物質(zhì)流失量，對(duì)紅土工程病害進(jìn)行根源診斷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅土工程病害根源的診斷方法，其特征在于具體步驟如下： (1) 原型取樣：在紅土工程的裂縫、坍塌、滑弧、明顯泌水病害部位，去除表面覆蓋層后 取樣并編號(hào)，作為病害部位的試樣；同時(shí)在附近與病害材料同高程的完好部位取樣，作為正 常老化部位的試樣； (2) 物質(zhì)分離試驗(yàn):采用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿浸泡方式，對(duì)步驟（1)得到的病害部位的試樣和正 常老化部位的試樣，同時(shí)段進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和滲透試驗(yàn)，以便分離出包含硅、鋁、鐵、鈦4種元 素的關(guān)鍵支撐物質(zhì)； (3) 定量檢測(cè)關(guān)鍵支撐物質(zhì):分別檢測(cè)步驟(2)得到的病害部位試樣和正常老化部位試 樣中的關(guān)鍵支撐物質(zhì)含量； (4) 對(duì)比分析:將步驟(3)得到的病害部位試樣和正常老化部位試樣中的關(guān)鍵支撐物質(zhì) 含量進(jìn)行對(duì)比，量化分析病害部位試樣中各種關(guān)鍵支撐物質(zhì)的異常缺失情況，對(duì)紅土工程 病害進(jìn)行根源診斷。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅土工程病害根源的診斷方法，其特征在于:所述步驟(2)中 強(qiáng)酸為鹽酸溶液，濃度為8wt%。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅土工程病害根源的診斷方法，其特征在于:所述步驟(2)中 強(qiáng)堿為Ca(OH)2過(guò)飽和乳濁液，過(guò)飽和乳濁液中Ca(OH) 2含量為150g/l。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意所述的紅土工程病害根源的診斷方法，其特征在于:所述步 驟(3)中定量檢測(cè)為離子檢測(cè)技術(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK106018742SQ201610361395
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】楊華舒, 李 東, 董衛(wèi), 楊宇璐, 周新偉
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)