干湿循环下膨胀土纳米尺度微观结构演化的小角中子散射研究

摘要

干湿循环过程中膨胀土纳米尺度微观结构演化会显著影响其宏观水力特性.囿于测试范围和精度，现有试验方法难以定量表征膨胀土纳米尺度微观结构演化.本文首次尝试采用小角中子散射技术来定量表征干湿循环过程中膨胀土纳米尺度微观结构演化.结果表明，膨胀土微观结构孔径分布在2～100 nm范围内，呈现出双峰特性，分别对应亚堆叠体间孔和颗粒间孔.对于整个干湿循环，两类微观结构的总体应变在脱湿和增湿过程中分别增大约11%和减小约10%.其中，亚堆叠体间孔变化主导了该探测范围微观结构体积变化.中子散射测试结果与等温吸附物理模型对比分析表明亚堆叠体间孔体积变形的潜在物理诱因为外部吸附作用.本研究揭示干湿循环影响土体渗透、膨胀及抗剪性能的微观机理，为膨胀土微观结构调控及改良提供依据.

关键词

小角中子散射 / 膨胀土 / 纳米尺度微观结构 / 干湿循环 / 土-水相互作用

基金资助

国家重点研发计划项目（2024YFC3809000）; 国家自然科学基金资助项目（52078208,52090083）