粗颗粒硫酸盐渍土水盐迁移规律及变形特性研究

针对封闭系统下粗颗粒硫酸盐渍土在冻结过程中的水盐迁移和变形特性开展了理论和试验研究。基于非饱和多孔介质热弹性理论,考虑孔隙水盐相变,建立了适用于粗颗粒盐渍土水-热-盐-力多场耦合模型,并对单向冻结条件下粗颗粒盐渍土的温度场、水分场、盐分场和位移场分布进行了数值模拟。通过配制含硫酸盐的细砂作为土样开展了单向冻结条件下的室内试验,测定了冻结过程中的温度、水分、盐分以及变形的分布,并与数值结果进行了比较,验证了理论模型的有效性。结果表明:砂土结构孔隙更大,水分和盐分更容易渗透和迁移,在单向冻结试验中,水盐迁移速度更快;细砂的轴向位移呈现先下降后上升的变化趋势,且收缩变形持续时间较黏土更长;由于暖端水分向冷端迁移致使暖端土体孔隙减小,下部土体变得更加密实,土柱下部侧壁压力大于上部。

棉秆与风积沙混掺隔层对土壤水分入渗及水盐迁移特性的影响

探究土壤水分入渗和水盐迁移对棉杆掺沙隔层的响应特征。采用室内土柱模拟试验,研究了不同棉秆隔层掺沙比例(质量占比0、50%、75%、85%、90%、95%、100%,分别以T0、T50、T75、T85、T90、T95、T100表示)对土壤水分垂向入渗及水盐迁移的影响。结果表明:①棉杆掺沙隔层阻滞水分入渗,延长了入渗时间。T0入渗时间最长,T95次之,T50、T75、T85、T90和T100入渗时间较短,且差异不明显。②对隔层以上的累计入渗量时间特性与湿润锋推进规律无影响,对隔层以下影响显著,以T0阻渗效果最好,T95次之。③累计入渗量随时间的变化关系,CK可用Kostiakov模型描述。而棉杆掺沙隔层处理在隔层以上范围Kostiakov模型拟合情况较好,以下线性模型描述较好。④入渗结束后,上层盐分淡化、底部积盐,土壤上层含水率以T0最高,T95次之。入渗结束两天后,水分分布趋于均匀,土层中部的盐分出现了一定程度的下移,T0和T95下移幅度最大。综合湿润锋、累计入渗量等入渗特性指标与水盐运移与重分布规律,为防治土壤盐渍化与提高水分利用效率,建议在新疆旱区推广应用秸秆隔层与秸秆隔层混掺95%风积沙农艺措施。

封闭系统条件下粉细砂水盐迁移及变形分析

在西北地区广泛分布的冻土及盐渍土中,作为铁路路基C类填料的粉细砂在冻融方面少有研究,本文结合阿拉尔市的实际情况,采用粉细砂为研究对象,进行多次冻融循环后水盐迁移及变形试验研究。结果表明,冻融循环过程中,越靠近冷端,温度变化越剧烈,水盐也向冷端迁移,越靠近顶部水,盐聚集越多;粉细砂素土在冻融循环中变形为融沉,而盐渍土变形为先盐胀后融沉,素土与盐渍土累积变形均表现为沉降的趋势。

察尔汗地区盐渍土水热状态变化特征与水盐迁移规律研究

为提高察尔汗盐湖区高氯盐含量盐渍土工程的稳定性,对该地区多年水热和蒸发量变化情况进行分析,在寒季进行气温、地温和现场土体不同深度位置含水率和含盐量试验和研究。由试验结果总结出该地区寒季月平均气温和地温温差变化特征,昼夜地温温差变化特征,月平均地温时程变化与传递变化特征,以及推导表征了温度随时间和深度热传递速率的变化特征回归方程。最后分析了热效应是造成土体中水盐迁移的主导因素,寒季土体热效应作用随深度的下降而减弱,在土体的地表和地表下1.0～2.5 m范围内出现两个盐分聚集区,在今后的盐渍土工程设计和施工中应得到重视。

天然盐渍土冷端阶梯式持续降温盐-冻胀及水盐迁移试验研究

为研究罗布泊地区天然盐渍土中盐-冻胀规律和盐胀机制,选取罗布泊含砂低液限粉土在自动化大尺寸可控温度循环仪中冷端阶梯式持续降温,进行盐-冻胀试验。结果表明,该土为含砂低液限粉土,在土体温度为5-0℃时,发生明显土体膨胀,此温度区间为该土类盐胀起胀温度区;冷端持续降温过程土体膨胀变形可分为3个阶段,第一阶段为盐胀起胀阶段,第二阶段为盐胀增长阶段,第三阶段为盐-冻胀共同增长阶段;水分与盐分从暖端向冷端迁移,其中氯离子与水分迁移具有一定共性,而硫酸根离子与二者不同。

莱州湾海水入侵区地下水灌溉土壤水盐迁移特征分析

在用海水入侵区地下水大面积灌溉冬小麦试验的同时，进行了田间小区灌溉后的土壤水盐迁移特征的研究。结果表明：海侵区利用含盐量2，5～3．5g／L的地下水进行4次灌溉，不仅加重了土壤含盐量，盐分离子组成及其化学性质也发生了变化。就砂壤土而言，雨季一次性降水20mm以上或大暴雨后，表聚的土壤盐分迅速随雨水下渗或侧渗而排斥，不会因多次灌溉而聚集于土体；疏松表土层，切断毛管上升水通道，遇干旱高温季节，减弱水分的损失和土体盐分上升速度；土壤溶液化学性质中钠吸附比（SAR）值减少，而可溶性钠百分比（SSP）、钠钙镁比（SDR）值相应地增加，但没有因灌溉四次微咸水而引起土壤的次生盐渍化。

温度循环下压实粗粒盐渍土水盐迁移与变形响应

“一带一路”规划的高速铁路频繁穿梭于盐质荒漠区,沿线优质不含盐路基填料极其匮乏。为解决粗粒盐渍土填筑高速铁路路基面临的技术难题,结合伊朗德伊高铁建设,以现场粗粒盐渍土路基填料为对象,开展了温度循环下压实粗粒盐渍土水盐迁移与变形响应试验研究。结果表明,每次温度循环后温度波幅值由土层浅表向深层土体衰减传递,土体埋深越浅、恒温时间越长,温度波幅值越大;水盐均匀分布的压实粗粒盐渍土经历多次温度循环后逐渐演化成非均匀分布,水盐向土体表面迁移聚集,越靠近土体表面水盐增量越大;前5次温度循环中压实粗粒盐渍土产生了塑性盐胀或塑性融沉,随着温度循环次数增加,盐渍土塑性盐胀或塑性融沉显著减小甚至消失;盐渍土层上设置非盐渍土层具有迟滞盐分向上迁移和消能减胀作用,粗粒盐渍土构筑高速铁路路基宜采用结构分层技术,非盐渍土层设置厚度一般不宜小于当地温度辐射影响显著深度;粗粒盐渍土路基设计宜考虑多次温度循环后形成的水盐非均质分布及其可能诱发的盐胀与融沉增大效应,路基压实度不宜过高。研究成果将为盐渍土地区高速铁路路基工程建造起到示范参考作用。

冻融过程中重塑土水盐迁移的试验研究

为探究盐渍土地基冻融过程中的水盐迁移规律,以内蒙古东部典型盐渍土为研究对象,通过改变土样冷端温度,初始含水率,干密度和含盐量等因素,进行室内重塑土单向冻结、双向融化试验。结果表明:试样温度的改变存在滞后性;离冷端越近,温度变化越敏感;在冻结过程中,土样初始含水率、干密度或者含盐量的增大,将造成冻结锋面的移动速度减小。试件水分迁移量随着初始含水率的增大而增大;当初始含水率较低时,冷端温度的变化对水分迁移影响较小;只有当初始含水率足够大时,迁移量才随着冷端温度的降低而增大;土溶液冻结和电导率突变存在关联性;含盐量的增加,会抑制水分迁移。试件整体盐分迁移量随着冷端温度的降低而增大;只有当冷端温度足够低时,盐分迁移量才会随着初始含水率的增大而增大;增大干密度会减少盐分迁移;含盐量的增多,使盐分往试件暖端方向汇聚。

粗粒盐渍土冻融作用下水盐迁移及力学性能研究

针对粗粒盐渍土冻胀敏感性与水盐迁移及力学性能变化存在的直接关联性,以强盐渍土地区的察格高速公路为例,选取弱盐渍砾类土为研究样本,利用自制的温控实验设备,在室内模拟冻融循环下粗粒弱盐渍土路基水盐分布及迁移过程,并取含盐量最大的土层进行回弹模量和承载比CBR测定,观察路基冻融聚盐后的力学强度指标变化,实验结果表明,冻融循环后砾类土盐渍土路基水分呈"抛物线形"分布,具有规律性,盐分呈"波浪形"分布,规律性差,水、盐迁移性无明显的对应性,同时,冻融聚盐后路基的E0和CBR值均随之减小,力学性能变差,影响路基承载力。

寒旱区土壤盐渍土水盐迁移机理研究进展

我国西北大量的寒旱区广泛分布着盐渍土,其受季节性影响,盐渍土冻胀融对该地区房屋建筑、道路交通和农业生产等均有影响。为有效解决土壤的盐胀冻胀问题,需深入研究变化环境条件下水盐运移的机理。盐渍土中水盐分迁移的四大基本要素有未冻水含量、温度、土水势和盐分,介绍了4种国内外常见冻土水盐迁移模型并对基于盐渍土水盐迁移机理研究现状及存在的问题进行分析,展望了新形势下盐渍土水盐迁移的发展趋势,旨在为今后土体水盐迁移模型研究提供新的思路。

路基水盐迁移及其对路用性能的弱化影响研究

针对盐渍土地区的高速公路填料,采用自制冻融循环试验装置进行了冻融循环作用下砾类土路基水盐迁移试验,结果表明:距路基顶面20 cm以下的中上部土层为主要的“聚盐层”,此高度范围主要发生盐分迁移和“水去盐留”的蒸发聚盐过程。分析了细粒含量对砾类土路基冻融循环冻胀变形量和压实度衰减率的影响,细粒含量越高,路基冻融变形量越大,压实度衰减率越大。土样经过冻融循环后,其回弹模量和CBR显著降低,冻融循环引起的路基次生盐渍化导致其路用性能的弱化。从减少毛细水和盐分迁移、减缓路基压实度衰减和冻胀角度出发,季节性大温差极端环境下强盐渍土地区砾类土路基填料应将细粒含量控制在10 %以下。

不同供给源下粗粒土水盐迁移特性分析

为探究不同供给源下粗粒土水盐迁移时空分布特性,根据新疆盐渍土地区的实际工况,选择氯盐为研究对象,掺配3种不同细粒土掺量的粗粒土,开展不同压实度与不同供给源组合的粗粒土水盐迁移试验,分析在不同供给源下,细粒土掺量与压实度对粗粒土水盐迁移时空分布的影响。结果表明:随着细粒土掺量由10%、20%、30%依次递增,水盐迁移趋势逐渐显著;压实度对水盐迁移的影响会因供给源的不同而不同;盐溶液供给源下的水盐迁移速率较小,但迁移高度较高;盐渍土供给源下的水盐前期迁移速率较大,但后期迁移速率有所减小。盐溶液供给源宜选用细粒掺量少的粗粒土进行换填,并尽可能提高压实度;盐渍土供给源的路基宜适当降低压实度,换填非盐渍土宜选用细粒掺量为20%左右的粗粒土并提高压实度,由此控制水盐迁移水平。研究结果可为粗粒盐渍土路基结构设计提供一定的理论依据和技术支持。

路基水盐迁移特性及对路基路用性能影响的试验研究

为了探明公路路基水盐迁移特性及对路基路用性能的影响,依托青海察(尔汗盐湖)格(尔木)高速公路察尔汗盐湖区段路基工程,以察尔汗盐湖区段沿线的含砂低液限粉土、粉土质砂、砾类土为研究对象,开展毛细势作用下非饱和土路基水盐迁移及路用性能室内试验研究,揭示在毛细势作用下强盐渍土地区公路路基水盐迁移规律,明确不同填料路基毛细水的上升高度与盐渍化程度,以及次生盐渍化对路基路用性能的影响。研究结果表明:含砂低液限粉土(非盐渍土)、含砂低液限粉土(弱盐渍土)与砾类土路堤毛细水最大上升高度分别为85、75和55 cm,有害毛细水上升高度分别为60、40和45 cm,次生盐渍化高度分别为50、30和45 cm;随含盐量的增加,粉土填料CBR值整体上呈减小趋势,而砾类土路堤填料CBR值呈现出先增大后减小的趋势,验证了水盐迁移造成粉土和砾类土路基路用性能的降低,但次生盐渍化对粉土路基路用性能的影响更甚。

地表土层冻结过程中水分积聚对水盐迁移的影响

分析了土壤冻结过程中水分积聚的影响因素,探讨了水分积聚过程中水盐迁移的机理,指出冻结带水分积聚为冬春季林木越冬繁衍提供了水分,同时盐分也随水分迁移到地表。

粗粒盐渍土水盐迁移试验研究

为探究粗粒盐渍土水盐迁移特性,通过室内试验开展了不同细粒含量和盐分供给源的水盐迁移及时空分布特性研究.结果表明:粗粒土中细粒含量不同,盐溶液和盐渍土两种盐分供给源有不同的迁移规律.随细粒含量增加盐溶液供给源水盐迁移量逐渐减小,迁移速率最快的为10%细粒含量的土柱.随细粒含量增加盐渍土供给源短期水分迁移高度增加,整个土柱盐分迁移量增大,盐分迁移最显著的是30%细粒含量的土柱.因此粗粒盐渍土地区道路工程宜通过控制细粒土含量来抑制粗粒盐渍土水盐迁移.

冻融循环作用下上覆荷载对盐渍土水盐迁移及变形规律的影响研究

为了探寻季节性冻土区盐渍化路基土水盐迁移及变形规律,利用极端环境荷载测试系统,在开放条件下进行室内冻融循环试验。研究结果表明:土体的温度随上覆荷载的增大呈现出先降低后升高的特点,离冷源越近,土体温度变化越明显;上覆荷载作用下,土体在顶部密度增大,对水分迁移有抑制作用,盐分则在该处出现聚集现象,在其他高度处,由于土颗粒的重排列程度不同,水分盐分变化亦不尽相同;上覆荷载是导致土体发生压缩变形的直接原因,在同一循环周期内压缩变形随上覆荷载的增加而增大,在同一荷载作用下,压缩变形随冻融周期的增加而增大;通过微观结构对土体变形机理分析表明,晶须生成量减少,盐胀压力减弱是引起膨胀变形减少的主要原因,土颗粒破碎及土粒间隙减小是土体发生压缩变形的因素。

重塑低液限粉土水盐迁移试验研究

由于水盐迁移而引发的土壤盐渍化现象极为明显,而目前关于不同供给源下水盐迁移特性的研究不多,制约了低液限粉土路基结构设计.根据新疆盐渍土地区的实际工况,选择氯盐为研究对象,考虑水盐供给源的影响,通过室内土柱试验对低液限粉土路基的水盐迁移规律展开研究.结果表明:低液限粉土的水盐迁移过程在达到平衡状态后,会在土体中形成水盐积聚层;水分迁移是引起盐分迁移的最主要因素;当盐分由底部盐溶液供给时,15 d的迁移高度就达130 cm;当盐分单纯由盐渍土供给时,则迁移现象不显著,因此低液限粉土路基不宜用于地下水位较浅的盐渍土地区,且阻断地下水能够有效降低水盐迁移水平.

河西走廊地区盐渍土路基换填层水盐迁移试验研究

我国河西走廊地区大量分布以粉砂质土为主的盐渍土,其毛细水作用现象明显,对公路路基造成了严重的破坏。为了明确路基换填层的水盐迁移特性,采用自主设计的水盐迁移试验装置开展室内试验研究,并结合扫描电镜从微观层面解析盐渍土破坏机理。试验结果表明:在掺入风积沙的黄土与盐渍土换填层中,水盐迁移主要集中在试验前期,随着风积沙掺量增加,换填层水盐迁移速率先增大后减小,最快迁移速率出现在掺沙率为30%的土样。电镜结果表明:盐渍土土样在水盐迁移试验结束后会析出盐分晶体填充于土颗粒之间,形成胶结体和团聚物,从而导致土体开裂;在盐渍土中掺加50%的风积沙可以减少土体由盐胀引起的裂隙与孔隙,能有效降低水盐迁移引起的破坏。

降水入渗条件下氯盐渍土水盐迁移规律

为探究降水入渗导致氯盐渍土盐分流失问题,以人工配置的不同含盐(氯化钠)量粗粒土和细粒土为研究对象,通过自行设计的室内降水入渗模拟试验装置,获取了14种工况下近500组试验数据,对比分析了降水入渗次数、土样粒径与含盐量对土样水盐迁移特性的影响;建立了降水入渗作用下土体盐分迁移与水分迁移之间的联系,确定了入渗影响深度,揭示了水分与盐分经降水入渗作用后在土柱中的分布特征。研究结果表明:对于细粒盐渍土,随着降水入渗次数从1~4的增加,其含水率和含盐量的峰值点均明显向下发生移动,盐分将逐渐向土柱中底部积聚;对于粗粒盐渍土,2次降水入渗后,含水率在土柱高度范围内分布较为均匀,且降水入渗次数的继续增加并没有改变这种均匀性,而盐分将随着水分快速向土柱底部积聚;氯盐渍土这种“盐随水走”关系与其易溶于水有关,所以氯盐渍土填料路基应加强防水措施,特别是粗粒土填料,虽然其可压实性优于细粒土,但浸水后溶陷强烈,病害更为严重;一定范围内含盐量的增大不会改变细粒土或粗粒土水盐迁移的整体规律,但会降低土体水盐迁移的速率,与含盐量较低的细粒土相比,含盐量较高的细粒土的水分与盐分峰值点出现深度均滞后5~15 cm;在降水入渗相同条件下,不同含盐量细粒土盐分迁移的相对增大幅度不同,但盐分上升绝对量基本相同,说明不同含盐量细粒土中水分所能携带的盐分是一定的。

大温差条件下盐渍土水盐迁移规律研究

为了研究新疆等西北大温差地区盐渍土水盐迁移规律,通过开展单向冻结条件下的室内盐渍土水盐迁移试验,模拟路基顶部受环境温度降低的影响,分析了温度梯度作用下的盐渍土物理场分布状态。结果表明:随着温度的降低,盐渍土内部沿深度方向的温度梯度分布愈发显著,在温度梯度的影响下,盐渍土内部的水分随盐分逐渐从暖端向冷端迁移;在冻结过程中,盐渍土内部的未冻含水量和电导率均呈现四阶段下降趋势,在温度达到冻结温度后快速减小;冻结完成后,在冻结深度以上部分土样,含水率和含盐量增大,冻结深度以下部分,含水率和含盐量减小,试样顶部含水率和含盐量的最大增幅分别为22.4%和8.3%。所得规律可为盐渍土地区路基处治提供依据。