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论盐渍盐渍土岩土工程特性研究目前状况与发展封面

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论文导读:力学分析与其他土类相比,盐渍土的固相体、液相体具有其独特性,其固相体含结晶盐,液相体为盐溶液。盐渍土的物理性质也是由三相组成比关系来进行表征的,同样也可用颗粒比重、颗粒组成、含水量、湿重度、干重度、饱和度、孔隙比等指标进源于:免费论文网站www.7ctime.com行表示。与非盐渍土相比,盐渍土的盐类含量较多,当盐
【摘 要】盐渍土是对不同程度碱化、盐化土壤(包括碱土、盐土)的总称。若岩土中所含易溶盐超过0.3%,同时具有腐蚀、盐胀、溶陷等性能,就为盐渍土。本文以内陆盐渍土(细粒土)做为研究对象,在收集、整理、分析相关资料的基础上,充分结合公路盐渍土工程的理论、实际发展,利用GDS三轴、离心模型、大尺寸模型、野外观测等试验,对其力学特性、溶陷规律、盐胀特征等进行了较为详细的研究。
【关键字】盐渍土;细粒土;工程特性;溶陷;盐胀
文章编号:ISSN1006—656X(2013)09 -0186-01
一、前言
我国西部地区具有独特的气候特征和自然地理环境,其盐渍土分布广泛,且多集中于扇间过渡地带、细土平原区、干涸湖盆底。这些地区的地下水、地表水径流、地形坡度均较缓,其具备形成盐渍土的基本条件,其中最具代表性的就是新疆地区的盐渍土。据相关部门统计结果显示,新疆地区的盐渍土面积超过15万平方千米,占据了新疆地区全部土地的9.5%左右。
在我国交通事业的不断发展下,盐渍土岩土公路、铁路工程也逐渐增多,我国在盐渍土岩土公路工程建设方面,也有着丰富的实践经验,并获得了不少研究成果,此处不作赘述。本文的研究重点主要为细粒盐渍土的力学特性、溶陷规律、盐胀特征等。

二、物理力学特性研究

(一)GDS三轴力学分析

与其他土类相比,盐渍土的固相体、液相体具有其独特性,其固相体含结晶盐,液相体为盐溶液。盐渍土的物理性质也是由三相组成比关系来进行表征的,同样也可用颗粒比重、颗粒组成、含水量、湿重度、干重度、饱和度、孔隙比等指标进源于:免费论文网站www.7ctime.com
行表示。与非盐渍土相比,盐渍土的盐类含量较多,当盐类溶解完全时会增大液体比重,而不会使液体体积增大,若溶解不完全,盐分则会成为结晶体附着在土颗粒孔隙中。
在本次研究中,应用了GDS三轴试验对含有不同盐量、水量的盐渍土进行强度特性测试,分析不同含盐量、含水量条件下,盐渍土的应力应变关系。试验结果显示:盐渍土初始含水量的不同,其对应的应力应变关系有着明显差异。轴向应变相同时,偏应力与初始含水量呈负相关。这是因为土体含水较多时,会使结晶盐溶解从而降低土颗粒粘结力,减弱土体强度;而土体含水较少时,会使结晶盐析出而促使土体胶结,从而提高土体强度。土体含盐量变化与应力应变曲线变化规律,与含水量类似。若轴向应变相同,偏应力会随初始含盐量的增大而增大,其原因可能是含盐量较高时,结晶体析出填充土颗粒孔隙,发挥出胶结作用,增强土体的抗剪强度。

(二)室内模拟探析水盐迁移规律

路基土盐胀的发生原因与土体膨胀、结晶体胀、硫酸钠聚集均有关系。盐水迁移聚集的重要条件是低温作用、水汽蒸发和毛细水上升。硫酸钠的迁移会产生结晶,这些聚积结晶会附着于土颗粒接触点上,其是增加盐胀,导致土体破坏、变形的关键因素。土体盐胀是化学、物理变化的综合表现,其具体表现为土体结构收缩、膨胀或重整,土体应变率、分散性增加,土体强度降低,缩短公路寿命。
本次研究以喀什地区的低液限黏土盐渍土为研究对象,应用室内模拟方法,模拟春天升温、冬季降温过程,对试样的水盐迁移规律进行分析研究。研究结果显示:试样在3次冻融循环中,中间层的水分均明显朝冷端迁移,4、5层的水分则仅有微弱迁移。冷端的迁移量最大,其原因是冷端温度跨度大,加之土体含盐量较多,冰点较低,所以水分会由高温端迁移至低温端。冷端附近的氯离子由2层迁移至1层,其原因是冷端水分迁移量大,氯化钠溶解不会较多地受温度影响,故氯离子会与水分一同迁移至冷端。

三、盐胀特性研究

盐渍土盐胀的发生原因是:随着外界条件的变化,土体中的硫酸钠(粉末状或液态)会吸水产生结晶体,结晶填补土颗粒孔隙造成土体膨胀所致。由于硫酸钠溶解度的温度敏感性较强,所以温度变化会促使硫酸钠结晶。其溶解度曲线如图一所示。

一、硫酸钠溶解度与温度关系曲线图

从图一可知,当温度低于32.4℃时,硫酸钠溶解度与温度变化呈正相关,而当温度高于32.4℃时,溶解度会随温度的升高而降低。在32.4℃以下,液态的或固态的硫酸钠都会吸水,成为芒硝晶体,与污水硫酸钠相比,芒硝晶体的体积是其3.1倍。引起路基土盐胀的最直接原因是岩土所含硫酸钠发生了迁移聚集,其是盐胀的重要物论文导读:示:氯盐渍土的溶陷系数与土体初始含水量呈负相关,且在压力的不断增大下,这种规律表现越明显;随着土体含水量的逐渐增大,硫酸盐渍土的溶陷系数逐渐减小;氯盐渍土、硫酸盐渍土二者的溶陷系数在压力达到一定值时,均可达到峰值;氯盐渍土、硫酸盐渍土的溶陷峰值压力均与土体含水量呈负相关,但是硫酸盐渍土的压力变化更小。
质基础。与路基土体相比,自然地面的蒸发作用更强烈,硫酸钠迁移聚集现象更明显,而路基在路面覆盖作用下,土体的蒸发强度大为减弱,其盐分迁移的作用因素主要为土体毛细水上升、低温作用,所以路基土体的盐分迁移聚积具有一定的规律,盐分聚积需在多次降温作用下才可形成。盐渍土盐分迁移具有以下规律:从高温向低温迁移;迁移强度为Ca2+

四、溶陷变形规律研究

溶陷变形是指天然盐渍土受附加压力、自重压力作用,在被水浸湿后所发生的土体变形。溶陷变形有2种类型:一种是短时间的静水溶陷,土体浸水后,结晶盐会全部或部分溶解,导致土体强度减弱,颗粒结构重排,发生溶陷,其溶陷程度与盐分含量、性质,土体原始结构及浸水量有关;另一种是长时间的动水溶陷,土体受渗流作用,部分颗粒被带走而形成潜蚀。发生潜蚀后,会增加土体空隙,土体在荷载、自重作用下会发生溶陷变形。盐渍土溶陷与其他土体沉陷的最大区别就在于土体侵蚀溶陷,其也是导致盐渍土溶陷的最主要因素。潜蚀作用的程度、发展主要与土体所含盐分种类有关,若土体盐分主要为易溶盐,潜蚀作用发展较快;若盐分主要为难(中)溶盐,潜蚀的发展则相对较慢。
本次研究应用了双线法,对盐渍土溶陷系数与含盐量、含水量的关系进行了分析,部分试验还应用了单、双线两种方法,以总结溶陷规律。试验样品取自石河子地区一级公路的天然盐渍土。试验结果显示:氯盐渍土的溶陷系数与土体初始含水量呈负相关,且在压力的不断增大下,这种规律表现越明显;随着土体含水量的逐渐增大,硫酸盐渍土的溶陷系数逐渐减小;氯盐渍土、硫酸盐渍土二者的溶陷系数在压力达到一定值时,均可达到峰值;氯盐渍土、硫酸盐渍土的溶陷峰值压力均与土体含水量呈负相关,但是硫酸盐渍土的压力变化更小。 溶陷系数与溶陷压力具有如下关系:压力在400kPa、100kPa时,含水量与溶陷系数呈直线关系(自上而下);严厉在300kPa和300kPa时,二者关系曲线为下凹形。这是因为:浸水时间短、压力小时,盐结晶体溶解不完全,土体较稳定,所以溶陷系数与含水量变化呈直线关系。浸水时间长、压力大时,盐结晶体会完全溶解,此时土体结构失稳,故二者曲线呈下凹状。总体来看,在一定压力下,盐渍土溶陷系数与含水量呈负相关。盐渍土溶陷系数与含盐量则呈正相关。

五、盐渍土工程特性研究展望

盐渍土工程特性研究历经数十年发展,目前已获得了较为丰富的成果,青藏铁路、南水北调等大型工程的建设,(下转第180页)(上接第186页)也给盐渍土研究带来了全新的挑战与机遇,展望盐渍土工程特性的研究前景,主要还有以下问题亟待解决:首先是盐渍土腐蚀性、溶陷性、盐胀性、水盐源于:论文提纲格式www.7ctime.com
迁移规律等的深入研究,及其引发路基破坏的力学机理研究,还需构建具有地区特色的盐渍土岩土结构模型,进一步完善盐渍土土力学的相关理论体系;其次是有待强化防治盐渍土病害耐久性的研究,目前已有针对具体工程项目、不同地区的耐久性防治计划,但其经济性、普遍适用性还未得到全面的论证;再次,关于西北地区的盐渍土相关研究较早,其研究重点主要为公路、铁路行业具体工程中的盐渍土病害防治,处理方案、治理原则主要为去除盐分、隔断水分、加固土体、化学防腐、整体岩基等,研究内容较为单一,同时评价方式主要为半定量、定性评价;最后,在工程建设中,盐渍土是一种有潜在危害的土体,在研究工作中有必要在结合地质灾害特点的基础上,引入风险管理理论体系,以GIS(地理信息系统)为平台进行风险区划,从而为工程建设提供有效指导。此外,国内、国外关于粗颗粒盐渍土(特别是硫酸盐渍土)的工程特性研究较少,特别是相关系统研究十分欠缺,所以深入研究粗粒盐渍土盐胀特性,对于准确划分粗粒盐渍土类型具有重要意义。
参考文献:
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