亲水黏土斥水改性后的力学特性研究

亲水黏土斥水改性后的力学特性研究

摘要：斥水性土壤会阻碍农业灌溉，产量等问题，不利于农作物的正常生长，但对于岩土工程领域而言，具有一定的好处。本文以亲水性红黏土为研究对象，

通过斥水改性后进行击实试验。结果表明，随着斥水剂十八胺的加入，亲水性黏

土逐渐变为斥水性黏土后，土壤的最大干密度逐渐减小，而最优含水率基本不变；在含水率一定的条件下，干密度也会随着十八胺含量的增大而减小。综上：斥水

性土可为边坡以及地基处理等工程的设计提供一定的参考依据。

关键词：斥水性黏土；击实；干密度

随着全球环境变化的影响，土壤和水污染的问题越来越严重，越来越典型。

土壤斥水性是指水分不能或很难湿润土颗粒表面的物理现象[1-2]。土壤的斥水性

一般不利于农业的可持续发展，土壤斥水可能会改变土壤中水分和养分的正常运行，严重的可能会造成地下水污染，阻碍农业灌溉，影响农业产量等问题[3-4]。

土壤斥水将产生更多的地面径流，导致土壤侵蚀加剧和植被破坏，对环境和经济

产生影响。土壤水分分布不均匀，使水中携带的溶质更快的进入地下水，容易形

成优先流。土壤斥水也会使水流向下运动变得缓慢，造成土壤不均匀湿润，从而

会使土壤变的不稳定[5]。刘春成等[6]通过室内土柱进行积水入渗试验，探讨了4

种常规模型在斥水土壤中的适用性，说明了不斥水土壤累积入渗量明显大于斥水

土壤，即斥水性的存在明显影响了土壤的入渗性能,从而影响作物的正常生长。

但是在岩土工程方面，土壤斥水可以给我们带来无限的好处。降雨过后往往

会发生边坡失稳、基坑垮塌、水土流失和泥石流等等问题。如果土壤由亲水变为

斥水后，水分就不易进入土壤内部，因此必须采取必要的工程措施。

1试验材料

1.1试验用土

供试取回的红土经过风干、碾碎后分别过5mm和2mm筛备用。

1.2斥水剂十八胺

十八胺（Octadecylamine）为白色蜡状粉末，化学式为C18H39N，具有强烈的斥水性，其熔点为52.3°C，沸点为232°C，不溶于水，具有胺的通性，下图用OCT来表示十八胺。土壤的斥水性会随着十八胺含量的增大而不断增加，所以本试验中采用混合十八胺的方法来增加土壤的斥水性。斥水性土壤广泛存在于自然界中，并且对土壤环境和作物生长等有重要影响。

1.4击实试验试样制备

击实试验所需用土要过5mm筛。将亲水土和制备好的斥水土分别加水制样，加水的质量分数分别为27%，29%，31%，33%，35%。按预定含水率用喷水设备往土样上均匀喷洒所需加水量后充分搅拌，搅拌均匀后将制备好的土样放入保鲜袋中密封保存24h使水分尽量均匀分布。

2击实试验

本试验采用的是轻型击实仪（NX.6-04，宁曦，南京），将击实仪放在平整的地面上，击实筒内壁和底板涂一薄层润滑油，联接好击实筒与底板，安装好护筒。称取一定质量的土料，分3层倒入到击实筒内，每层土料质量为720g，每击实完一层都要进行刨毛处理，击实完成后用修土刀沿护筒内壁削挖后，扭动并取下护筒，试样超出筒外，应修平，擦净筒外壁，进行称量。

3结果与讨论

如图1所示，亲水性红土的最大干密度为1.433g/cm3，加入十八胺质量分数为0.4%时，红土的最大干密度为1.416g/cm3，加入十八胺质量分数为0.8%时，红土的最大干密度为1.398g/cm3，随着斥水剂十八胺含量的增大，最大干密度也会越来越小，而最优含水率变化不大。图2为在含水率是33%时，干密度随着十八胺含量的增大的变化曲线，从图中可以看出，十八胺含量越大，红土越斥水，红土由亲水性黏土变为斥水性黏土的过程中，干密度也会逐渐降低。

图1 干密度与含水率关系曲线图2 同一含水率下，十八胺含量和干密度关系

4结论

结果表明：随着十八胺含量的增多，土样的最大干密度逐渐减小，而最优含水率基本不变；在含水率一定的条件下，十八胺含量越多，土样的干密度也逐渐减小。综上，当土壤由亲水性变为斥水性土后可为边坡以及地基处理等工程的设计提供一定的参考依据。

参考文献

[1]杨邦杰.土壤斥水性引起的土地退化、调查方法与改良措施研究[J].环境科学,1994(04):88-90.

[2]杨邦杰.斥水土壤中的水热运动规律与数值模型[J].土壤学

报,1996(04):351-359.

[3]张展羽,朱文渊,朱磊,王策,盛丽婷,陈于.根系及盐分含量对农田土壤干缩裂缝发育规律的影响[J].农业工程学报,2014,30(20):83-89.

[4]盛丰,张利勇,王康.土壤大孔隙发育特征对水和溶质输移的影响[J].土壤,2015,47(05):1007-1013.

[5]李毅,商艳玲,李振华,刘世宾.土壤斥水性研究进展[J].农业机械学

报,2012,43(01):68-75.

[6]刘春成,李毅,任鑫,马孝义.四种入渗模型对斥水土壤入渗规律的适用性[J].农业工程学报,2011,27(05):62-67.

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