武汉岩土所提出了一种预测膨胀土膨胀压力的物理化学方法

　　当变形受到约束时，膨胀土吸湿过程中会对边界产生压力，即膨胀压力，表征内部颗粒间力与外部边界条件之间的力学平衡。因此，膨胀压力是一个表征膨胀土力学特性的重要参数，也是评估工程稳定性的质量指标。在给定条件下，膨胀压力主要依赖于孔隙水的化学条件。而在工程长期运行过程中，地下水的化学组分以及浓度是动态变化的，这些作用对膨胀压力的发展产生重要影响。因此，在分析设计膨胀土的重大工程问题时，关键难题之一在于如何有效地预测孔隙水化学条件改变对膨胀压力的影响。

　　武汉岩土所韦昌富研究团队提出了一个考虑了颗粒间物理化学作用的膨胀压力的预测方法，采用了粒间应力的概念，能够考虑粘土颗粒与饱和流体之间微观的物理化学作用，以及由于粘土颗粒表面带有固定负电荷导致的孔隙溶液中离子浓度的梯度分布。该方法提出孔隙溶液对膨胀压力的作用有两种机制：（1）孔隙溶液浓度对粒间应力的影响，采用Donnan’s渗透压来表征；（2）孔隙溶液浓度对体积模量的改变，该机制的作用比第（1）种机制影响较弱。同时，开展试验得到了不同密实度状态下强膨胀土的膨胀压力随盐溶液浓度的变化规律，以及通过弯曲元件技术获得了体积模量与浓度之间的关系。通过与试验结果对比以及文献中不同范围内的膨胀压力进行预测，验证了该预测方法在整个膨胀压力范围内的有效性。

　　相关成果发表于《Applied Clay Science》上，得到国家自然科学基金（11502276, 41572293和51639008）的资助。

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.02.011

　　八种不同土体测量膨胀压力与预测值对比：（a）低膨胀压力；（b）高膨胀压力

　　（文/图 土动力学组）