CN106018742A - 一种红土工程病害根源的诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种红土工程病害根源的诊断方法，属于岩土工程病害防治技术领域。分别试验并检测红土中包含硅、铝、铁、钛4种元素的关键支撑物质含量，对比分析工程正常老化部位和病害部位的测试结果，从而对红土工程病害的根源进行诊断。本发明提出了“关键支撑物质”的概念，认为红土工程劣化、破坏的根本原因，是关键支撑物质变质流失造成的，为此设计了相应的病害诊断方法，可为工程病害原因和工程加固的物质补充提供本源性诊断结论。采用本发明诊断病害得出结论的本源清晰、缺失物质的种类和数量准确，据其实施除险加固的针对性强，因此能够显著延长红土工程的经济寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种红土工程病害根源的诊断方法，属于岩土工程病害防治技术领域。
背景技术
红土（laterite）在全世界的暖热暴雨地区，如我国的云贵、两广、海南等地域普遍存在，由于其良好的工程性质和低廉的造价，长期以来都是各国最常用的建筑材料之一，大量应用于水利水电工程、路桥、房屋等岩土工程之中，例如我国最高的土石坝——云南糯扎渡水电站大坝就采用红土为主要建材。红土覆盖省区大量灌溉型水库的堤坝均采用红土构筑而成，由于历史和技术原因，我国的红土坝大多数属于病险工程，国家和各级政府每年都筹集数百亿元巨额资金对其实施除险加固。
据中国水利部统计，自1954年有记录以来，我国已经发生大坝溃决事故3515次，其中土石坝因漫顶、渗透破坏导致的的溃坝占比超过98%。如1975年河南省板桥、石漫滩水库的土坝溃塌，造成重大人员伤亡和社会破坏，直接受灾人口达一千余万；又如2013年新疆联丰水库、黑龙江星火水库、山西曲亭水库等相继溃坝，均造成了显著的人员伤亡和经济损失。各国的长期实践已经证明：对土石堤坝加强病害诊断、施行除险加固，是避免溃坝灾难的有效对策。
按照国家标准和行业规范要求，红土工程的除险加固，必须以其病害诊断的结论为依据。长期以来，国内外在红土工程病害的诊断领域均采用宏观物理分析法，主要包括原型监测、现场钻探，各种变形、渗流、应力等参数检测，以及常规物理力学试验等。这类传统方法的优点是直观易懂、便于操作，获取的参数与工程设计指标的关系密切。但由于其忽略了材料之间、红土与环境之间的长期细观效应，难以弄清诱发工程病害的根本原因，从而使得耗费巨资的修复项目治标不治本，缺乏本源针对性，远期效益普遍低下。往往耗费数百万、数千万元资金进行修复，却只能使红土大坝在2～8年内运行合格，甚至越修越烂，进入“病害→加固→病险→除险→病害→加固→病险……”的怪圈循环，浪费了巨额的专项投资。
本项目组的研究成果表明：红土的工程特性主要由关键支撑物质提供，这类物质主要包括SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2，以及其它金属氧化物。加固材料之中的酸、碱物质，不仅能与红土中硅、铁、铝、钛的氧化物发生长期的互损劣化反应，还会破坏红土粘聚力所必须的水介质环境、导致其颗粒解构和材料离散，这无疑就是在红土类工程上使用传统修复技术而成效太低的根本原因。红土大坝的除险加固应当重视材料之间的相互作用、细观结构在环境作用下的劣化演变、不同材料接触面的化学降解物理离析等等长期因素，否则不仅难以根治普遍存在的异种材料界面渗漏病害，更难以解决除险加固性价比太低、维修投资过高、整个工程的正常运行周期太短等难题。
本发明由国家自然科学基金项目（50869003、41462013、51069003）、云南省应用基础研究计划重点项目(2013FA033)、云南省教育厅科学研究基金项目（2015Y072）等资助研究，提出了“关键支撑物质”的概念，对比正常老化的材料分析红土工程的病害部位，探究关键支撑物质的变质流失与病害的关系，从而确诊该工程的病害程度、缺失物质以及缺失缘由，明确除险加固的重点部位和补充物质的选料原则。由本方法得出的诊断结果病害本源清晰，据此实施除险加固的针对性强，因此能够显著延长红土工程的经济寿命。
发明内容
本发明所解决的技术问题主要包括：（1）红土工程的病害本源不明确，致使除险加固的具体目标模糊，加固后工程的经济寿命太短、远期效益太低；（2）红土工程界迄今使用的物理力学指标属于宏观参数，与岩土构成的细观指标没有直接关联，致使除险加固的针对性差，在加固材料的选择与配合方面经常出现失误；（3）现有的病险诊断方法没有考虑材料之间、红土与环境之间的长期作用，尚未弄清诱发工程病害的细观效应，致使耗费巨资的除险加固治标不治本，仅在短时间内能够达到预期效果。本发明提出了一种红土工程病害根源的诊断方法，通过以下技术方案来实现。
一种红土工程病害根源的诊断方法：分别试验并检测红土中包含硅、铝、铁、钛4种元素的关键支撑物质含量，对比分析工程正常老化部位和病害部位的关键支撑物质流失量测试结果，从而对红土工程病害的进行根源诊断。
其具体步骤如下：
（1）原型取样：在红土工程的裂缝、坍塌、滑弧、明显泌水等病害部位，去除表面覆盖层后取样并编号，作为病害部位的试样；同时在附近与病害材料同高程的完好部位取样，作为正常老化部位的试样；
（2）物质分离试验：根据对红土工程的环境检测，确定环境为酸性体系还是碱性体系，酸性体系采用强酸浸泡，碱性体系采用强碱浸泡。采用强酸或强碱浸泡方式，对步骤（1）得到的病害部位的试样和正常老化部位的试样，同时段进行化学反应和渗透试验，以便分离出包含硅、铝、铁、钛4种元素的关键支撑物质；
（3）定量检测关键支撑物质：分别检测步骤（2）得到的病害部位试样和正常老化部位试样中的关键支撑物质含量；
（4）对比分析：将步骤（3）得到的病害部位试样和正常老化部位试样中的关键支撑物质含量进行对比，量化分析病害部位试样中各种关键支撑物质的异常缺失情况，对红土工程病害进行根源诊断。
所述步骤（2）中强酸为盐酸溶液，浓度为8wt%。
所述步骤（2）中强碱为Ca(OH)2过饱和乳浊液，过饱和乳浊液中Ca(OH)2含量为150g/l。
所述步骤（3）中定量检测为离子检测技术。
本发明的工作原理：
红土工程病害的传统诊断方法均采用宏观分析法，主要包括原型监测、现场钻探，各种变形、渗流、应力等参数检测，以及常规物理力学试验等，这类方法难以弄清诱发工程病害的根本原因，从而使得修复项目治标不治本，缺乏本源针对性，远期效益普遍低下。详见“背景技术”中的阐述。
本项目组的研究成果证明：红土的工程特性是由关键支撑物质提供的，这类物质主要包括SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2，以及少量其它金属氧化物。加固材料之中的酸、碱物质不仅与红土中硅、铁、铝、钛的氧化物发生了长期互损劣化反应，还会破坏红土粘聚力所必须的水介质环境、导致其颗粒解构和材料离散化，这无疑就是红土工程使用不当修复技术而成效太低的根本原因。红土工程的除险加固应当重视材料之间的相互作用、细观结构在环境作用下的劣化演变、不同材料接触面的化学降解物理离析等等长期因素，否则不仅难以根治普遍存在的异种材料界面渗漏病害，更难以解决除险加固性价比太低、维修投资过高、整个工程的正常运行周期太短等难题。
为此，本发明提出了“关键支撑物质”的概念，对比正常老化材料来分析红土工程的病害部位，探究关键支撑物质的变质流失与病害的关系，从而确诊该工程的病害程度、缺失的物质以及缺失缘由，明确除险加固的重点部位和补充物质的选料原则。为了尽快获知病害工程中关键支撑物质的损失情况，本发明有机组合了先进技术，采用加速寿命试验与离子检测方式，从红土试样的浸泡液和渗透全液中定量测试铁、铝、钛离子及硅酸根离子的含量（浓度），据其即可判定病害红土工程中的缺失物质及缺失程度，并可进一步分析其缺失原因，故此属于病害根源的诊断方法。
本发明包括原型取样、物质分离试验、定量检测关键支撑物质、对比分析等4个步骤。为了符合国家标准和行业规范以便推广，各组成部分均采用已有先进技术，其原理可靠、理论成熟，在病害诊断方法中的功能如前所述。采用本发明诊断病害得出结论的本源清晰、缺失物质的种类和数量准确，据其实施除险加固的针对性强，因此能够显著延长红土工程的经济寿命。
本发明的有益效果是：
（1）弄清了红土工程的病害根源
传统的病害诊断方法不考虑红土自身的材料变异，致使除险加固的具体目标模糊，加固后工程的经济寿命太短、远期效益太低。依据项目组长期的大量研究成果，本发明提出了“关键支撑物质”的概念，认为红土工程劣化、破坏的根本原因，是关键支撑物质变质流失造成的，这就为工程加固的物质补充提供了本源性诊断结论。
（2）显著增强了除险加固的针对性
红土工程界迄今使用的物理力学指标属于宏观参数，与岩土构成的物质没有直接关联，致使除险加固的物质针对性差，在加固材料的选择、配合方面亦经常出现失误。本发明提出的诊断方法明晰了关键支撑物质的变质流失种类及其数量，因此能够在工程加固的过程中有意识地增加这些关键物质，达到治标又治本的双重效果。
（3）能够避免材料之间的长期互损
现有的病险诊断方法没有考虑材料之间、红土与环境之间的长期作用，尚未弄清诱发工程病害的细观效应，致使修复项目仅在短时间内达到预期效果。在环境因素侵蚀或者材料互损作用下，红土将逐渐颗粒级配失衡、内摩擦角和凝聚力降低、孔隙率剧增，并使强度、渗流等等物理力学指标明显劣化，最终导致工程破坏。本发明提出的各种关键支撑物质正是物理力学指标的本源，在除险加固中注意保护这些关键支撑物质、避免材料之间发生化学反应，就能大大延缓物理力学指标的劣化，从而显著延长红土工程的经济寿命。
（4）明确了红土工程的关键支撑物质
对于红土工程而言，关键支撑物质主要包括硅、铝、铁、钛这4种元素的氧化物，这些物质的变质流失以及比例失衡就是工程破坏的根本原因。对各种关键支撑物质的剩余含量分别进行试验和检测，对比分析正常老化部位和病害部位的测试结果，即可找出导致红土工程病害的本源性因素；而在工程的修复过程中有针对性地补充缺失的关键支撑物质，既可使加固、延寿的效果得到显著提高，更能避免“加固导致工程破坏”的谬误发生。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该红土工程病害根源的诊断方法：分别试验并检测红土中包含硅、铝、铁、钛4种元素的关键支撑物质含量，对比分析工程正常老化部位和病害部位的关键支撑物质流失量测试结果，从而对红土工程病害的进行根源诊断。
其具体步骤如下：
（1）原型取样：去除表面覆盖层后，在某红土大坝的严重病害部位和正常老化部位，按照钻孔取样的规程分别取样3组，作为平行试验（重复试验）的材料。严重病害部位的试样编号为：B-1，B-2，B-3；正常老化部分的试样编号为：Z-1，Z-2，Z-3。
（2）物质分离试验：为了模拟筑坝红土的实际情况，在最佳击实状态下用标准环刀制备土样，为了尽快获得数据，依据加速寿命试验“以浓度换时间”的原理设计了碱侵蚀试验，采用以蒸馏水为基液的Ca(OH)2过饱和乳浊液作为强碱浸泡液，乳浊液中的Ca(OH)2含量为150g/l。将6个环刀土样用透水石上下封盖，不施加其它约束力，分别将上述编号的试样放入强碱浸泡液之中，在70℃恒温下密闭浸泡45天；浸泡结束后，分别将6个环刀土样连同透水石在浸泡盒中滴干，再按规程进行连续5天常规渗透试验，试验仍以蒸馏水为基本渗透液，分别收集6个环刀土样的全部渗水，并缓慢倒入对应编号的浸泡盒中。
（3）定量检测关键支撑物质：检测步骤（2）经化学反应和渗透试验得到的病害部位试样和正常老化部位试样中的关键支撑物质含量。
将上述浸泡液和渗透全液混合并按相关规程处理后，分别检测、记录6盒混合液中的铝、铁、钛金属离子及硅酸根离子的含量。铝、铁、钛离子测试的主仪器采用FIA–33M型，硅酸根离子含量检测采用硅钼黄法。检测结果如表1所示，红土工程严重病害部位、正常老化部分试样的4种离子含量，均取3个平行试样（重复试验）离子含量的平均值。
表1 混合液中关键支撑物质的含量
（4）对比分析：根据地球化学原理，Al2O3、Fe2O3、TiO2、SiO2在红土中的含量分别与分离出的、、、成正比。从表1可知，相对于正常老化的红土而言，严重病害红土中的损失最小，尚余98.90%，且平行试样的测试数据无规律性。这是由于氧化铁在一般情况下不与氢氧化钙发生化学反应，故试图用碱侵蚀法从红土中分离并无意义，正确的分离方式参见实施例2；在碱性环境中运行的红土工程，可参考本实施例进行病害诊断。这个实例主要用以证明：用强碱性材料（如水泥、石灰、火山灰等）对病害红土工程进行修复，是只有短期固化效果的错误选择。
红土属于弱酸性材料，对于红土坝中的碱性灌浆界面，关键支撑物质损失的比率大小依序为、、，即相对于正常老化的红土而言，碱性界面红土中的损失最大，仅余50.27%。这表明在环境荷载及压力渗流的作用下，红土坝中的重要黏结物质Al2O3已经大量变质流失，致使红土的粘聚力明显下降；病害红土中的减少，则意味着对内摩擦角贡献较大的TiO2含量不足，因此该红土大坝存在着很大的滑坡和流土隐患。
与传统的物理力学指标安鉴方式进行比较，证明上述诊断结论是准确的，该红土大坝必须禁止高水位运行以待修复。本发明提出的病害诊断方法不仅重现性好，还在“病害本源诊断”方面体现出明显优势，从表1中不难看出：病害红土损失最大的是Al2O3，其次是TiO2，因此除险加固过程中应当为红土大坝补充这些关键支撑物质，这就为加固方案和材料的选择指明了方向。
实施例2
该红土工程病害根源的诊断方法：分别试验并检测红土中包含硅、铝、铁、钛4种元素的关键支撑物质含量，对比分析工程正常老化部位和病害部位的关键支撑物质流失量测试结果，从而对红土工程病害的进行根源诊断。
其具体步骤如下：
（1）原型取样：去除表面覆盖层后，在某红土高边坡的严重病害部位和正常老化部分，按照钻孔取样的规程分别取样3组，作为平行试验（重复试验）的材料。严重病害部位的试样编号为：B-1，B-2，B-3；正常老化部分的试样编号为：Z-1，Z-2，Z-3。
（2）物质分离试验：为了模拟斜坡红土的实际工况，在最佳击实状态下用酚醛树脂标准环刀制备土样；为了尽快获得数据，依据加速寿命试验“以浓度换时间”的原理设计酸侵蚀试验，采用以蒸馏水为基液的8%盐酸（HCl）作为强酸浸泡液。将6个环刀土样用透水石上下封盖，不施加其它约束力，分别放入对应编号的强酸浸泡液之中，在常温下密闭浸泡15天；浸泡结束后，分别将6个环刀土样连同透水石在浸泡盒中滴干，再按规程进行连续5天常规渗透试验，试验仍以蒸馏水为基本渗透液。分别收集6个环刀土样的全部渗水，并缓慢倒入对应编号的浸泡盒中。
（3）定量检测关键支撑物质：检测步骤（2）经化学反应和渗透试验得到的病害部位试样和正常老化部位试样中的关键支撑物质含量。
将上述浸泡液和渗透全液混合并按相关规程处理后，分别检测、记录6盒混合液中的铝、铁、钛金属离子及硅酸根离子的含量。铝、铁、钛离子测试的主仪器采用ICP-AES型，硅酸根离子含量检测采用硅钼黄法。检测结果如表2所示，红土斜坡严重病害部位、正常老化部位试样的4种离子含量，均取3个平行试样（重复试验）离子含量的平均值。
表2 混合液中关键支撑物质的含量
（4）对比分析：根根据地球化学原理， Al2O3、Fe2O3、TiO2、SiO2在红土中的含量分别与分离出的、、、成正比。从表2可知，相对于正常老化的红土而言，严重病害红土中的和损失不大，分别余94.95%和95.97 %，且平行试样的测试数据无规律性。这是由于氧化钛和二氧化硅在一般情况下不与盐酸发生化学反应，故试图用酸侵蚀法从红土中分离和并无意义，正确的分离方式参见实施例1。这个实例主要适用于诊断在酸性环境中运行的红土工程病害。
处于弱酸性环境中的某红土高边坡，其中关键支撑物质损失的比率大小依序为、，即相对于正常老化的红土而言，严重病害红土中的损失最大，仅余55.61% 。这表明在环境荷载及降雨渗流的作用下，红土斜坡中的重要黏结物质Fe2O3、Al2O3均已大量变质流失，致使红土自身的粘聚力明显下降，因此该高边坡存在很大的滑坡隐患。
与传统的物理力学指标安鉴方式进行比较，证明上述诊断结论是准确的，该红土高边坡必须禁止振动、设置排水以待本源性修复。本发明提出的病害诊断方法不仅重现性好，还在“病害本源诊断”方面具有明显优势，从表2中不难看出：病害红土损失最大的是Fe2O3，其次是Al2O3，因此除险加固过程中应当为红土高边坡补充这些关键支撑物质，这就为加固方案和材料的选择指明了方向。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种红土工程病害根源的诊断方法，其特征在于：对比分析正常老化部位和病害部位的包含硅、铝、铁、钛4种元素的关键支撑物质流失量，对红土工程病害进行根源诊断。
2.根据权利要求1所述的红土工程病害根源的诊断方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）原型取样：在红土工程的裂缝、坍塌、滑弧、明显泌水病害部位，去除表面覆盖层后取样并编号，作为病害部位的试样；同时在附近与病害材料同高程的完好部位取样，作为正常老化部位的试样；
（2）物质分离试验：采用强酸或强碱浸泡方式，对步骤（1）得到的病害部位的试样和正常老化部位的试样，同时段进行化学反应和渗透试验，以便分离出包含硅、铝、铁、钛4种元素的关键支撑物质；
（3）定量检测关键支撑物质：分别检测步骤（2）得到的病害部位试样和正常老化部位试样中的关键支撑物质含量；
（4）对比分析：将步骤（3）得到的病害部位试样和正常老化部位试样中的关键支撑物质含量进行对比，量化分析病害部位试样中各种关键支撑物质的异常缺失情况，对红土工程病害进行根源诊断。
3.根据权利要求2所述的红土工程病害根源的诊断方法，其特征在于：所述步骤（2）中强酸为盐酸溶液，浓度为8wt%。
4.根据权利要求2所述的红土工程病害根源的诊断方法，其特征在于：所述步骤（2）中强碱为Ca(OH)2过饱和乳浊液，过饱和乳浊液中Ca(OH)2含量为150g/l。
5.根据权利要求1至3任意所述的红土工程病害根源的诊断方法，其特征在于：所述步骤（3）中定量检测为离子检测技术。
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Citations (3)
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| CN103805207A (zh) * | 2014-03-03 | 2014-05-21 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种新型非饱和砂性土边坡防护固化剂 |
| CN103806439A (zh) * | 2014-03-03 | 2014-05-21 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种新型岩土体边坡生态恢复与抗侵蚀稳固剂 |
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|---|---|---|---|---|
| US5464473A (en) * | 1993-05-25 | 1995-11-07 | Chao Ming Tsai | Backfill for engineered barrier |
| CN103805207A (zh) * | 2014-03-03 | 2014-05-21 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种新型非饱和砂性土边坡防护固化剂 |
| CN103806439A (zh) * | 2014-03-03 | 2014-05-21 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种新型岩土体边坡生态恢复与抗侵蚀稳固剂 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 杨华舒等: "碱性固化材料对红土地基的化学侵蚀", 《建筑材料学报》 * |
| 王毅: "酸碱侵蚀下红土的工程特性与受损化学成分的关系研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》 * |
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