PDMS疏水剂对伊利石土水力及强度特性的影响规律研究.pdfVIP

PDMS

InvestigationontheHydraulicandStrength

CharacteristicsofHydrophobicAgentPDMS

ModifiedIllite

PDMS

伊利石是主要的黏土矿物之一，广泛存在于黄土、泥岩、膨胀土、盐渍土等

特殊土中。由于黏土矿物亲水性较好，土体湿陷、边坡失稳、隧道变形等水诱发

的工程危害数不胜数。因此，本研究通过疏水剂将黏土矿物的亲水性诱导为疏水

性，进而降低水分入渗量，提高土体的稳定性和抗水分侵蚀能力。

目前，对黏土矿物的疏水改性研究主要集中在蒙脱石和高岭石之间，而对晶

体结构存在差异的伊利石研究较少。同时，研究更多偏向于疏水性能方面，对疏

水黏土矿物的渗透、持水等水力特性及强度特性等方面的研究较为薄弱。因此，

本文以伊利石土为主要材料，对疏水改性伊利石土进行水力特性、强度特性以及

微观结构特征方面的研究，主要研究成果如下：

（1）通过接触角试验、滴水渗透时间试验及酒精溶液入渗试验对聚二甲基

硅氧烷、硅烷偶联剂KH570、生桐油和熟桐油的疏水效果进行评价。结果表明，

PDMS1%

（聚二甲基硅氧烷）改性伊利石土具有最优的疏水效果，掺量下滴水渗

3%

透时间和酒精入渗浓度两个指标均处于极端疏水范围，掺量下试样表观接触

角大于120°。PDMS处理伊利石土的疏水性随时间变化不明显，说明具有时效

稳定性。对初始干燥(Hydrophobicity-Wettability，HW)、初始湿润(Wettability-

HydrophobicityWH)PDMS

，的两组伊利石土进行疏水改性，并分别开展水力特

性研究。结果表明，HW试样疏水性与含水率之间存在单峰响应关系，并存在亲

-疏水性转变的临界含水率点。WH试样疏水性随含水率提高而快速下降，并在

5%含水率时达到亲-疏水性临界值。

2PDMS

（）通过控制疏水剂掺量的渗透试验和土水特征试验，开展疏水剂

对两类试样水力特性影响机理的研究。两类试样饱和度和饱和渗透系数均低于未

HW

改性试样，并随着疏水剂掺量的增加而逐渐降低，其中试样降幅更为显著，

说明疏水性对初始干燥伊利石土渗透能力的影响更大。同一含水率下，两类试样

的基质吸力均低于未改性试样，整体仍符合土水特征曲线的三阶段特征。疏水剂

HWnWH

未明显影响试样进气值，但表征试样持水性的值降低。试样进气值随

I

疏水剂掺量增加而增加，n值也高于未改性试样。进一步通过失水曲线佐证两类

试样存在的持水性差异，前期失水速率表现为WH试样未改性试样HW试样。

在44%相对湿度时，疏水剂对试样失水的影响程度减弱。

（3）通过控制疏水剂掺量和含水率的直剪试验和水稳试验，开展疏水剂对

两类试样强度特性影响机理的研究。疏水剂对HW试样的抗剪强度和黏聚力影

响更加明显，在高应力下抗剪强度随疏水剂掺量增加而降低，黏聚力从未改性试

样的27.86kPa降为9.68kPa，降幅达65.25%，高于WH试样的37%的降幅。两

组试样内摩擦角随疏水剂掺量增加降低，最大降幅均接近16%。HW试样与WH

试样分别在15%含水率、18%含水率处具有最大抗剪强度和黏聚力。依据崩解试

HW7W