降温过程中NaCl盐渍土相变的电化学特征

氯盐渍土是中国西北寒旱区一种典型的盐渍土类型,其电化学特征是深入理解盐渍土腐蚀病害机理的关键。为探究盐渍土孔隙溶液相变与其电化学特征之间的联系,以NaCl盐渍粉质黏土为研究对象,测试了不同含盐量和温度条件下NaCl盐渍土的电化学阻抗谱。研究表明:NaCl盐渍土阻抗随着测试频率的增加而逐步降低,并在高频率时逐步达到稳定。NaCl盐渍土的阻抗模的对数值在冻结前随温度的降低线性增加,而在冻结后,冰晶和盐结晶的生成导致土体阻抗模值发生显著增加。NaCl盐渍土在冻结前表现为一段容抗弧,而在冻结后,由相变导致的土体水盐迁移使得土体在出现阻抗弧后又存在一段扩散阻抗。根据土体在冻结前后的导电路径,建立了土体在冻结前后的等效电路模型,并在此基础上分析了土体孔隙溶液相变与对应电路元件之间的联系。此研究对深入理解盐渍土电化学特征及孔隙溶液相变规律具有重要意义。

考虑水盐相变的盐渍土基质吸力的温度效应

基质吸力是引起土体中水分迁移的驱动力,对探究土体中水盐迁移动态具有重要的意义。为研究由温度变化诱发的盐渍土孔隙溶液相变对土体基质吸力的影响,用pF meter测试了不同NaCl和Na_(2)SO_(4)比例的盐渍土在不同温度条件下的基质吸力。试验结果表明:在水盐相变发生前,盐渍土基质吸力随温度的降低呈线性增加;而当降温过程中有水盐相变发生时,土体基质吸力随温度的变化趋势会发生明显突变。NaCl和Na_(2)SO_(4)对土体水盐相变规律影响不同,使得含不同比例NaCl和Na_(2)SO_(4)的复合盐渍土基质吸力呈现较大的区别。2%NaCl+4%Na_(2)SO_(4)的盐渍土在19和-9℃附近发生盐结晶相变和二次相变,而4%NaCl+2%Na_(2)SO_(4)的盐渍土两次相变分别发生在11和-16℃附近。水盐相变导致土体液态含水率明显降低,进而引起复合盐渍土基质吸力在两个相变阶段均有明显增加。NaCl抑制土体中液态水发生冰水相变,Na_(2)SO_(4)容易在正温结晶,故Na_(2)SO_(4)主要影响土体正温时的盐结晶规律,NaCl则主要影响土体在负温条件下的冰晶产生规律;二者比例不同造成土体盐结晶温度和二次相变温度有明显差异,使得复合盐渍土的水盐相变规律更加复杂,其基质吸力随温度的变化更加难以预测。此外,该研究进一步探究了冰、盐结晶量对基质吸力变化的贡献,为深入理解盐渍土的相变过程和基质吸力之间的关系提供了有效参考。

冻融循环作用下含盐量对Na_2SO_4土体变形特性影响的试验研究

冻融循环作用下,土体孔隙溶液中的盐分不断结晶与溶解,水分不断冻结与融化,使得含盐土体的变形不断变化。以青藏高原粉质黏土为研究对象,对洗盐后的素土分别加入质量分数为0%,1%,2%,3%的Na_2SO_4盐,研究了封闭系统下Na_2SO_4盐渍土在冻融循环作用下的变形规律。结果表明,在冻融循环过程中,不含盐土体和较低含盐量的土体表现出明显的冻胀融沉现象,且土体的融沉大于其的冻胀。而较高含盐量的土体在冻结过程中,土体的冻—盐胀作用显著,融沉现象却不再明显,甚至消失。利用多孔介质力学的方法,探讨了Na_2SO_4盐渍土在冻融循环作用下土体的变形规律,得出土体的变形由冰水/盐分相变、热胀冷缩、相变过程中的密度变化等引起的变形综合而成。结合Na_2SO_4溶液的性质,还分析了Na_2SO_4的结晶机理,从而为进一步研究盐渍化冻土中的变形机理提供一些参考。

降温过程中含盐土孔隙溶液相变规律研究

降温过程中,盐渍土中孔隙溶液的相变过程直接影响着土体的物理力学性质。以大同盆地的盐渍土为研究对象,研究了不同类型盐渍土的孔隙溶液在降温过程中的相变过程。结果表明NaCl可以显著降低土体的冻结温度,NaCl盐渍土的冻结温度与溶液的冻结温度相比有一定的偏差,且随含盐量的增加,这种偏差逐渐增大。当浓度超过二次相变点浓度后,土体的冻结温度保持不变,冻结温度的偏差达到最大。NaCl盐渍土二次相变温度受冰结晶量的影响显著,冰晶含量越多,二次相变的温度越低。Na_2SO_4和Na_2CO_3对冻结温度的影响较小,当浓度低于二次相变点的浓度时,土体的冻结温度主要受盐分浓度的影响;若浓度高于二次相变浓度,盐分结晶量使得土体二次相变的温度进一步降低。受孔隙半径的影响,土体孔隙溶液中盐分的溶解度比一般溶液中的更高。通过比较相图与试验结果,发现土体的相变规律和溶液的相变规律有一定的相似性,盐渍土孔隙溶液二次相变过程为盐晶体和冰晶体共同生成的过程。在较高含盐量的情况下,Na_2SO_4盐渍土和Na_2CO_3盐渍土的冻结温度点实际上是土体的二次相变点的温度。

含NaCl和Na_(2)SO_(4)双组分盐渍土的水盐相变温度研究

盐渍土相变温度是判断土体中水分冻结与融化、盐分结晶与溶解的重要参数。不同盐分含量相变温度的差异,给盐渍土在降温过程中的水盐迁移过程及变形规律的模拟带来极大的不确定性。通过降温试验,研究了降温过程中氯盐和硫酸盐综合作用盐渍土中水盐相变温度的变化情况。结果表明:全盐量相同时,盐结晶温度随NaCl和Na_(2)SO_(4)比例的不同而不同。随NaCl的加入,在Na^(+)同离子效应的影响下,Na_(2)SO_(4)更容易结晶,但土体的冰和芒硝共晶点温度下降,使得冰含量显著减少,从而降低了孔隙溶液中固相的产生比例,起到抑制Na_(2)SO_(4)盐渍土盐冻胀变形的作用。当土中只含Na_(2)SO_(4)盐时,随Na_(2)SO_(4)浓度的增加,冰和芒硝共晶点的温度先上升而后缓慢下降,二次相变前冰盐的累积量是导致冰和芒硝共晶点产生这种变化的主要原因。盐渍土三相共晶点温度随NaCl含量的增加呈现上升趋势,这是因为随着NaCl的加入,在发生三相共晶前,孔隙溶液发生相变的固相含量减少,从而使孔隙结构对三相共晶点的影响减小。此外,含有NaCl与Na_(2)SO_(4)双组分的盐渍土,水分和盐分可能以单固相、双固相以及三固相状态析出。研究结果可为深入认识盐渍土的相变规律及物理性质提供理论支撑。

水盐相变对硫酸盐渍土基质吸力影响规律研究

硫酸盐渍土是中国西北寒旱区盐渍土的主要类型,在温度变化过程中,水分和盐分的相变会引起盐渍土基质吸力发生改变。以硫酸钠盐渍黄土为研究对象,探究了降温过程中的水盐相变对土体基质吸力的影响规律。结果表明:当土体尚未发生相变时,土体的基质吸力随温度的降低线性增加,而当土体中存在冰或者水合盐结晶时,土体的基质吸力在相变点处发生突变,盐渍土的基质吸力与土体的液态水含量息息相关。由于硫酸钠盐渍土在降温过程中会发生二次相变,二次相变使得盐渍土的基质吸力在二次相变点处同样产生突变,二次相变量的多少也会直接影响土体基质吸力的增加量。基于试验结果,进一步分析了不含盐素土基质吸力的预测方法,并讨论了硫酸钠盐渍土在冻结过程中的水分迁移驱动力。该研究不仅为深刻理解盐渍土水分迁移驱动力提供重要的参考,而且为盐渍土多场耦合理论的发展提供借鉴。

盐渍土二次相变温度变化规律

孔隙溶液中水分的冻结与盐分的结晶是盐渍土产生冻胀和盐胀的前提,确定盐渍土孔隙溶液的相变机理有利于清晰认识冻胀和盐胀在盐渍土低温变形中的贡献。为了深入探究降温过程中盐渍土孔隙溶液的相变规律,该研究通过系列盐渍土的降温试验,研究了不同含水率和含盐量条件下盐渍土二次相变温度的变化规律,并基于多孔介质相变理论建立了可以预测盐渍土二次相变温度的理论模型。结果表明:NaCl盐渍土和NaSO盐渍土的二次相变温度分别低于-24℃和-1.25℃;初始含水率和含盐量不同,盐渍土的二次相变温度也不同,盐渍土二次相变温度与二次相变发生前的液态水含量有关;第一次相变过程中冰晶或者盐晶体析出降低了土体二次相变发生前的液态水含量,使得盐渍土二次相变温度随含水率和含盐量不同而发生变化;盐渍土二次相变温度预测模型充分考虑了盐渍土的相变过程,较好地揭示了盐渍土二次相变温度的变化机理。该研究不仅对深入认识盐渍土孔隙溶液的相变机理具有重要的理论意义,而且可对确定盐渍土在降温过程中的盐胀和冻胀贡献提供有效依据。

单向冻结过程中NaCl盐渍土水盐运移及变形机理研究

冻结过程中的水盐迁移机理一直是冻土学研究的热点。通过单向冻结试验,研究了冻结过程中的水盐运移过程及土体变形。研究表明,在土体初始含盐量为0.8%的条件下,土体的冻胀变形显著减小,盐分的存在强烈影响着冻结缘处水分的集聚,盐对土体的冻胀具有抑制作用。在补给不同浓度NaCl溶液的条件下,土体初期的冻胀变形规律一致,随着盐分在冻结锋面处的累积,土体在后续冻结过程中水分迁移动力不足,从而使得土体冻胀过程中冻胀明显减小。基于溶液的性质并考虑盐分对土体冻结温度和未冻水含量的影响,建立了冻结过程中NaCl盐渍土水盐迁移规律及变形的计算模型,计算结果显示,计算模型能够很好地反映含盐土体在冻结过程中的温度、水分、盐分及变形的规律,从而为深入了解盐渍土在冻结过程中的变形机理提供理论参考。

冻融和干湿循环下盐渍土水盐迁移规律研究

通过单向冻结试验研究盐分在土体冻结过程中对水分重分布与变形的影响,并结合模型试验分析冻融、蒸发、辐射和降水过程中的水盐迁移规律。研究表明:盐分的存在会减弱土体在冻结过程中的水分迁移,进而抑制土体的冻胀变形。Na Cl盐渍土在冻结过程中只有冰晶产生,土体只发生冻胀变形。而2 4Na SO对温度极其敏感,降温过程中会产生冰晶体和盐晶体,土体发生冻胀和盐胀两种变形。硫酸钠的结晶还会降低土体导水系数,进而减弱土体的水分迁移。在高含盐量的2 4Na SO盐渍土(3.6%)冻结过程中,土体的分凝冻胀现象消失,只有冻结初期的原位盐胀和冻胀。模型试验表明2 4Na SO含量为2%的盐渍土冻融过程中,水盐迁移同样微弱。蒸发条件使得盐分向表面集聚,降水条件使得表层盐分向下迁移。干湿循环是土体发生盐胀破坏的主要原因,其远比冻结过程中的盐分迁移来的剧烈。盐胀发生在土体表面,而冻胀破坏主要在冻结锋面。基于以上试验,探讨了盐渍土在冻结过程中的水盐迁移过程以及盐胀和冻胀的成因。