基于冻融循环试验对盐渍土路基盐胀性的研究学位论文

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1、基于冻融循环试验对盐渍土盐胀性的研究摘要：当土壤中含有的盐碱成分达到一定程度时，土体的胶体性质恶化，致使土体的物理力学性质减弱，常常引起溶陷、盐胀、腐蚀等工程病害。本文为了模拟冬季降温较快，而来年春季升温较慢的温度变化环境，对土样进行冻融循环试验，探讨了盐胀量与冻融次数、含水率、降温速率等之间的关系。通过试验，发现土体盐胀量具有累增性，且盐胀量与冻融周期呈二次抛物线关系；同时，通过扫描电镜观察，对冻融循环试验中土体的微观结构变化进行探究，分析了土体盐胀的机理和土体强度变化过程。通过对盐渍土盐胀性的一些研究，以期能够对减少盐渍土病害尽一份微薄之力。关键词：盐

2、渍土盐胀性冻融循环试验含水率降温速率盐渍土广义理解系指盐土和碱土在内的，以及不同盐化、碱化土壤的统称。土的含盐量通常是用一定土体内含盐的重量与其干土重量之比，以百分数来表示。当土壤中含有的盐碱成分达到一定程度时，就会恶化土壤的物理性质，影响工程的正常使用。在公路工程中一般指地表下1.0m深的土层内易溶盐平均含量大于0.3%的土[1]，具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性。盐渍土在我国分布很广，面积亦大，类型众多。在我国西北、华北、东北的西部、内蒙古河套地区以及东南沿海一带都有分布。土壤中易溶盐类主要可以分列为三大类：即氯化物盐类、硫酸盐类和碳酸盐类，不同类型的盐

3、渍土对道路工程的危害不尽相同，我国盐渍土地区公路病害主要有盐胀、翻浆、溶陷和腐蚀等类型。其中，控制土体盐胀动态特征的基本要素是水、盐、热、力[2]。水主要指土中水的含量及补给状况；盐主要指易溶盐的成分及含量；热主要指温度的高低及时空变化；力主要指土体膨胀产生的内部应力。本文就基于冻融循环试验，对盐渍土地基盐胀性进行了探讨，以期能够为减少或避免盐渍土地基的危害做出一些贡献。1.研究背景盐渍土与素土的根本区别就在于前者含有一定量的易溶盐，当这些盐类完全溶解于水中时，不增加液体体积，仅仅增大其比重；当不能完全溶解于土中水时，过饱和的盐分便以固体结晶赋存于土颗粒之

4、间，起着骨架作用。此时，作为土的固相体则包含了盐粒，将这种随温度或水分而改变相态的易溶盐，称为“易溶盐相”这样，盐渍土就成了四相土，即固相、液相、气相和易溶盐相[2]。由于易溶盐类的直接存在和盐分改变了土壤胶体的交换性阳离子，以及对土壤胶体物理的间接影响，从而改变了土壤的物理力学性质。盐渍土的性质取决于含盐类型、含盐量、土质结构、含水率以及所处环境的温度等。盐渍土对路基工程产生了很大的危害，不同类型的盐类盐渍土对公路工程的危害不尽相同。氯化物盐比其他盐易于溶解，在水的作用下，易使路基土壤过分湿化，出现翻浆等病害，引起路肩、路基、路面、边坡的湿陷、塌陷等；而

5、硫酸盐易结晶析出，造成土体体积膨胀，在盐胀力的反复作用，使路基的土体结构遭到破坏，引起路基整体和稳定性下降，产生不均匀沉陷，导致路面网裂或裂缝，经行车荷载碾压、冲击的反复作用，加速了路面的破坏程度[3]。另外，硫酸盐盐渍土对沥青材料的侵蚀性强，它可以促使沥青材料乳化，从而削弱了沥青与骨料之间的物理化学吸咐、化学吸附和选择性吸附，使沥青面层的强度降低，颗粒间联结力降低，甚至掉粒、破坏[4]。2.盐胀特性的研究盐胀是指土中盐类因温度、湿度改变而导致的土体体积变化。盐渍土的盐胀是指自然界中土体受气温周期变化产生体积膨胀的现象。硫酸盐渍土的盐胀与一般膨胀土的膨胀不

6、同，一般膨胀土的膨胀主要是由于土中含有的强亲水性粘土矿物吸水后导致土体膨胀，而硫酸盐渍土的盐胀则是结晶膨胀，是指盐渍土因温度降低或失去水分后，溶于土中孔隙中的盐分浓缩并析出而结晶所产生的体积膨胀。盐渍土地区的盐胀对工程的危害主要发生在含硫酸盐(硫酸钠)的地区。路基土盐胀的形成是土体内硫酸钠迁移聚积、结晶体胀和土体膨胀三个过程的综合结果[5]。是由于土中液态或粉末状硫酸钠在外界条件变化时吸水结晶而产生体积膨胀所造成，是在水分场、盐分场、温度场、变形场及应力场四场的综合作用下发生的。控制土体盐胀动态特征的基本要素是水、盐、热、力。影响硫酸盐渍土膨胀的因素除了硫

7、酸钠含量、土体密度和粘土矿物等以外，对于相同性质的土，含盐量一定的土体来说其盐胀量决定于温度和含水量。与含水量也有着十分密切的关系。由无水或过饱和的硫酸钠结晶膨胀机理来看，硫酸钠结晶至少要吸收10个水分子，所以说水是硫酸钠结晶膨胀的必要条件。无水或过饱和的硫酸钠，在低温条件下吸附10个水分子后，变成晶体硫酸钠，分子量由142增加到180，所需水的比率约为1.27（10H20/Na2S04=180/142=1.27)。可见，遇水结晶后硫酸钠的膨胀量也是非常可观的，表1中可以看出，硫酸钠结晶的体积膨胀率远远高于其他盐类的体积膨胀率[6]。表1不同盐类的结晶膨胀

8、率盐类吸水结晶膨胀率（%）CaCl2·2H2OCaCl2·4H2O