天然粗粒盐渍土大型路堤模型试验研究

西北地区分布着大量的粗粒盐渍土,研究其作为路堤填料的适用性,可充分利用当地资源和节约公路工程建设费用。为了使试验结果更准确地反映工程实际情况,在对天然粗粒盐渍土进行不同方法的化学成分分析试验、模拟季节交替冻融循环试验、有（无）附加荷载单次降温盐胀试验及大型溶陷试验的基础上,开展了多次冻融循环条件下大型路堤模型试验。结果表明：两种化学成分分析试验-规范法和过 5 mm 筛法分别得到的易溶盐含量相差较大,过 5 mm 筛法能更准确指导实际工程的施工;随着含水率的增加,粗粒盐渍土的盐胀量和溶陷量亦逐渐增大,溶陷累加性较显著; 50 kPa 附加荷载抑制该天然粗粒盐渍土的盐胀量可达 85% 以上;经多次冻融循环后,大型路堤表面的最大盐胀率仅为 0.44% ;该天然粗粒盐渍土可用于上部路堤填料。     

典型天然盐渍土多次冻融循环盐胀试验研究

通过对新疆喀什地区12处天然盐渍土室内基本性质试验分析,选取典型天然盐渍土,在开放系统中进行反复冻融循环条件下的试验研究。从土的类别角度研究了天然盐渍土的盐胀规律。试验结果表明:低液限粘土前五次冻融循环过程中盐胀具有较好累加性,随着冻融循环次数的增加,盐胀量增长速度逐渐降低;含砂低液限粘土的盐胀过程可以被分为三个阶段;粘土质砂在冻融循环过程中的变形主要为冻胀和沉降变形,具有较好的溶陷累加性;低液限粘土、含砂低液限粘土的盐胀率和粘土质砂的溶陷率与冻融周期之间的关系符合二次抛物线变化规律。     

罗布泊天然盐渍土冻融循环后微观结构分析

为从微观角度研究冻融循环条件对天然盐渍土结构的影响,以罗布泊地区一定深度的天然盐渍土为试样,进行了室内3、5、7次冻融循环试验,在每次试验后测定土样的密度、含水率,并利用SEM提取微观结构图片,进而对试验后的土样在1000倍放大扫描电子显微镜下的微观结构变化进行分析。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,水分自下而上向冷端迁移,冷端含水率较高;土样的密度不断减小,且在深度方向呈现出不规则的正"3"字形的变化规律。冻融前后土体微观结构特征明显不同,经过冻融循环后,土体颗粒间孔隙增大,密实度降低,内部骨架结构发生位移,易引发土体盐胀变形、翻浆、溶陷等不良现象,会严重影响道路工程的稳定性。     

天然粗颗粒硫酸盐渍土盐胀量剧变界限的试验探讨

本文通过一系列室内冻融循环试验,研究了粗颗粒硫酸盐渍土的盐胀特性及其影响因素,明确了粗颗粒硫酸盐渍土盐胀变形剧烈增长的含盐量及孔隙比界限值,这将为工程上判断盐渍土地基盐胀程度提供简便易行的勘察手段。试验结果表明,影响硫酸盐渍土盐胀大小的主要因素为含盐量和孔隙比,且各个因素彼此影响。当含盐量大于1%,且孔隙比小于0.43时盐胀较为剧烈。在冻融循环过程中盐胀量是一个累计叠加的过程,其胀率越来越小,最后逐渐趋于稳定。     

细粒土不均匀分布对粗粒土力学特性的影响

为了研究冻融循环条件下细粒土的不均匀分布特性对粗粒土力学特性的影响,对不同冻融循环次数、冻结温度、围压条件下的含有不同细粒土分布的粗粒土进行常规的静三轴剪切试验,研究冻融循环后具有不均匀细粒土分布的试样的最大剪胀位置、应力–应变关系曲线、起始屈服强度、起始屈服应变、静强度、破坏应变变化规律。研究结果表明,在相同的细颗粒与粗颗粒不均匀分布的条件下,试验后试样的最大剪胀位置随着试样上两层中细粒土含量的增加而沿着试样高度上升,随着冻融循环次数的增加,最大剪胀位置的上升速率是不断增加的。细颗粒与粗颗粒不均匀分布的程度越高,尤其是粗颗粒的富集程度越高,试样的脆性越高,试样的应变软化程度越明显。冻融循环次数的增加,降低了粗、细颗粒较均匀分布的3种试样的应力–应变软化程度的差异性,即冻融循环次数的增加可以使粗颗粒和细颗粒的组合结构趋于稳定。在相同的围压条件下,冻融循环次数的增加削弱了因细粒土不均匀分布而导致的起始屈服强度的差异性和静强度的差异性。试样中的粗颗粒和细颗粒分布越不均匀,试样的起始屈服强度和静强度越大。当围压为100 k Pa时,静强度与起始屈服强度的比值随冻融循环次数波动较大,当围压增加到300 k Pa时,比值随冻融循环次数的波动较为平缓。细粒土不均匀分布是起始屈服应变和破坏应变的最显著性影响因素,但是围压对破坏应变的影响程度明显大于围压对起始屈服应变的影响程度。细粒土不均匀分布对破坏应变影响的显著性明显小于它对起始屈服应变影响的显著性。     

天然硫酸盐渍土盐-冻胀性试验研究

以天然硫酸盐渍土为研究对象,对天然硫酸盐渍土进行了室内研究,试验在冻融循环条件下进行,试验结果显示,天然硫酸盐渍土的盐-冻胀量随着冻融循环次数及含水率的增加而增大;相同含水率时,盐-冻胀量随干密度的增加盐-冻胀率相差并不大,含水率更能影响土样的盐-冻胀性;硫酸盐渍土在第3次冻融循环时表现出最大的盐-冻胀增量。     

基于BP模型的粗粒亚硫酸盐渍土盐胀特性敏感因素研究

为了探究影响粗粒亚硫酸盐渍土路基盐胀特征的敏感参数,提出相关的敏感参数量化分析模型及交互作用下各因素的量化指标。针对细粒土质砾亚硫酸盐渍土、含细粒土砂(细粒土质量分数15%)亚硫酸盐渍土及细粒土质砂(细粒土质量分数50%)亚硫酸盐渍土3类土样,基于单因素试验结果,依据二次回归正交设计方法,开展多因素交互作用下的盐胀试验,通过BP神经网络模型建立3种粗粒亚硫酸盐渍土的盐胀率与其他影响因素间的计算模型,确定了粗粒亚硫酸盐渍土盐胀敏感参数的量化指标。结果表明:含盐量与含水率、上覆荷载与含水率的交互作用对细粒土质砾亚硫酸盐渍土的盐胀作用较显著,含盐量与含水率、上覆荷载与含盐量的交互作用对细粒土质砂亚硫酸盐渍土的盐胀作用较显著; 上覆荷载对粗粒亚硫酸盐渍土具有较强的抑制作用; 初始压实度对粗粒亚硫酸盐渍土盐胀率具有一定的促进作用,但由于其特殊的级配特征,试验所设压实度在89%～97%内对盐胀率的影响效果较小; 所得结论可以为采用粗粒亚硫酸盐渍土作为路基填料进行工程设计与施工提供技术参考。     

罗布泊天然盐渍土冻融循环条件下水盐迁移规律

盐渍土作为一种环境敏感性特殊土,它所包含的水分、盐分会随着外界环境的变化而变化。在对罗布泊地区天然盐渍土进行多次冻融循环盐胀—冻胀试验基础上,探究其水、盐迁移规律。研究发现:在整个冻融循环过程中,冻融作用导致不同埋深土样中的水分与盐分垂直向运移,总体上自下而上向冷端迁移,冷端层含水量增加最为明显,且保持"盐随水走"的迁移规律。长期如此将造成路基表层含盐量聚集,严重影响道路工程的稳定性。     

罗布泊地区粗粒盐渍土盐胀特性影响因素试验研究

为研究罗布泊地区粗粒盐渍土的盐胀特性及盐胀机制,本文对取自该地区哈若公路沿线粗粒盐渍土进行了室内土工试验和盐胀分析试验,对盐胀特性试验以后的试样进行了5000倍放大扫描电子显微镜下微观结构变化分析。试验结果表明:该区域粗粒盐渍土呈板块状,盐渍土剧烈盐胀区主要发生在温度为+15~-5℃的范围之内;在相同条件下盐渍土易溶盐的含量与盐渍土最大盐胀率呈二次抛物线型关系。结合盐渍土路基的病害特点研究了该地区盐渍土的盐胀率和压实度之间的相互联系,含水量一定时,该地区盐渍土的盐胀量会随路基压实度的增大而增加。     

固化剂处理硫酸盐渍土的盐胀与溶陷特性研究

为了降低硫酸盐渍土的盐胀与溶陷性,本文研究采用粉煤灰、氯化钙和水泥三种固化剂复掺对硫酸盐渍土进行处理,按照正交设计要求,分别以10%、15%、20%粉煤灰,2%、4%、6%氯化钙和1%、3%、5%水泥,固化含盐量为5%的硫酸盐渍土,在温度35~-25℃梯级下降过程中测定土体的盐胀量,并采用单轴压缩双线法测定土体的溶陷系数。通过极差和方差分析,验证试验中各因素对硫酸盐渍土盐胀性与溶陷性的影响机理。结果显示:土体的盐胀与溶陷主要发生在试验初始阶段,盐胀率与溶陷率随粉煤灰掺量增加而降低,随氯化钙掺量增加显著降低,随水泥掺量增加变化不明显。在该试验条件下,建议取用20%粉煤灰、6%氯化钙、3%水泥为最优配合比,以此来为硫酸盐渍土地区地基处理工程提供参考。     

新疆焉耆地区盐渍土工程特性试验研究

通过对新疆焉耆地区和硕-库尔勒高速公路沿线的天然盐渍土室内基本性质试验分析,选取粉土、黏土类天然盐渍土,在开放系统中进行反复冻融循环条件下的试验研究,从土类及盐性角度研究了氯盐渍土的盐胀规律.     

冻融循环对固化盐渍土的抗压强度与变形的影响

 北方地区冬季结冰与春季融化引起土的冻胀和融沉问题,弱化了土的抗压性能。以研究冻融循环对固化盐渍土抗压性能的影响为目的,完成冻融前后盐渍土、石灰固化盐渍土、石灰+SH固化盐渍土的抗压试验。结果表明：盐渍土、石灰固化土和石灰+SH固化土的抗压强度随冻融次数的增加而减小,石灰+SH固化土的抗压强度均高于另2种土;冻融前后石灰固化土和石灰+SH固化土均为应变软化型,盐渍土则由应变软化型转变为应变硬化型。冻融循环次数相同时,石灰+SH固化土的抗压强度随含水率的增加而减小,其应力–应变曲线逐渐趋于平缓,土的脆性减弱。石灰+SH固化土具有相对较好的抗冻融性能,含水率是影响冻融后土的抗压性能的首要因素。     

冻融循环导致洛川黄土边坡剥落病害产生机制的试验研究

 冻融循环作用导致洛川黄土边坡剥落病害的发生。作为对比,在洛川剥落边坡及铜川未剥落边坡分别采样,模拟自然坡面冻融过程,在开放不补水条件下,开展冻融循环试验,测定在冻融循环作用下土样表面的变化特征及土样高度、干密度、含水率、黏聚力及内摩擦角的变化情况。试验结果表明：洛川土样在初始几次冻融过程中,土样体积稍有增大,含水率变化较大,冻结过程中冰晶冻胀力破坏土体结构,融化时结构不可恢复,反复冻融导致土体强度弱化。冻融循环10次左右后,土体物理力学状态趋于稳定。融化时,在水的软化作用和冰的促化效应下,沿着水冰交界面易产生剥落病害;铜川土样在冻结过程中,在冻结缘处产生负孔隙水压力,土体密度增大,体积减小,强度增大;融化时,有效应力减小,总应力不变,融沉量大于冻胀量,土体黏聚力略有增强,不易产生剥落。     

路用砂类盐渍土盐胀及融陷特性试验研究

砂类硫酸盐及亚硫酸盐渍土广泛分布于中国西部地区,研究其作为路堤填料的可用性,可充分利用当地资源和节约建设资金。以路基填筑标准及合理的防排水设施为前提条件,基于5 mm筛法配制盐分,研究了不同含盐量水平下砂类盐渍土的盐胀变化特点和在冻融循环作用下砂类盐渍土体的融陷特性,试验结果表明:砂类亚硫酸盐渍土比砂类硫酸盐渍土的盐胀起胀温度和敏感温度区间低约5℃;对于4砂类硫酸盐渍土,含盐量不大于1%时,盐胀率小于1.5%;对于砂类亚硫酸盐渍土,含盐量小于2.3%~2.5%时,盐胀率小于1%;在冻融循环作用下,砂类亚硫酸盐渍土具有较强的融(溶)陷特性;路面容许变形量取2 cm,下路堤填筑厚度为2.0 m时,砂类硫酸盐渍土的含盐量极限值为1.0%,砂类亚硫酸盐渍土的含盐量极限值为2.3%。     

综合考虑盐胀和冻胀时硫酸盐渍土体积变化关系式的建立

为了摸清硫酸盐渍土在降温过程中产生冰晶和引起盐胀的剧烈反应期内的体积变化规律,假定土体中芒硝与冰晶独立存在,并认为土体体积变化由三部分体积增加和三部分体积减少引起,根据溶质守恒定律,推求了考虑盐胀和冻胀综合影响下硫酸盐渍土的体积变化关系式,发现剧烈反应期内土体体积变化主要由原始孔隙率n、降温前后未冻水体积含量θu1和θu2与降温前后的硫酸钠溶解度r1和r2所决定。利用自行研制的恒温冷浴土壤试验系统,观测了人工掺配硫酸盐渍土在降温过程中的体积变化;采用冻结温度试验确定了土样冻结过程中的未冻水含量,并引入未结晶水含量的概念,计算了土样降温过程中的累计盐(冻)胀率,通过分析比较土样体积变化率实测值和计算值,验证了关系式的合理性和适用性。     

原状土冻融过程中水分迁移试验研究

为了量化原状土中水分在冻融过程中的迁移,试验采取在其他试验条件相同的条件下,改变初始含水率或温度模式的方法,研究了单个因素对水分迁移的影响。经冻结并融化到设定位置后,从试验中观察到试样未融化部分存在有横向和竖向的裂缝现象、明显的冻融分界线、水分积聚层和融化锋面并不在同一个层面内、土中水的冻结温度各不相同、冻结后含冰不均匀现象等结果,进而对冻融过程中进行温度场分析以及冻融前后含水率的变化分析,用具体试验数据得出如下结论:控制不同顶板温度时,不同含水率的试样中各点处温度的变化趋势基本相同;在顶板控温相同的情况下,初始含水率大的试样,水分迁移量大,水分积聚多;不同冻结温度和融化温度对试样中水分的迁移影响非常明显,顶板冻结时温度越高,水分积聚层位置处的含水率越大,水分积聚越多等。     

冻融循环下压实度对粉质黏土力学性质影响的试验研究

 冻融循环是冻土地区路基填料性能劣化的主要因素之一。以压实度和冻融循环次数为主要变量,对青藏高原粉质黏土力学性质的变化规律进行三轴试验研究。试验结果表明：初始压实度对粉质黏土力学性质的冻融效应具有显著影响。不同压实度试样的应力–应变曲线形式随冻融次数的增加趋于接近,并由应变软化型向硬化型过渡。封闭系统中试样的水分迁移会引起含水率的增减分区分布,低压实度有利于增大水分迁移量和含水率增高区的分布范围。冻融过程对高压实试样的破坏强度以降低为主,对低压实度试样则相反。在最优含水率附近,土体抗剪强度随含水率呈非线性变化规律,因此试样内部水分重分布也可能会导致强度的改变,且其作用效果受压实度影响具有不确定性,压实度较高时会导致试样黏聚力减小,压实度较低时则相反;不同压实度下内摩擦角均呈现增大的趋势,且压实度越低,变化幅度越大。冻融过程中,土体干密度和含水率变化对力学性质的影响是同时存在的,由于初始压实度和冻融次数的不同,对强度变化起主导作用的因素也不同。水分重分布是不同压实度土体力学性质冻融循环效应的整体趋势和具体过程呈现多样化的原因之一。