硫酸盐渍土路基盐冻胀变形量计算方法探讨

通过对新疆兵团垦区硫酸盐渍土路基的野外试槽试验测得的地温、盐冻胀变形量等试验数据进行整理,并运用SPSS软件进行多元线性回归分析,探讨了硫酸盐渍土路基的盐冻胀变形规律、盐冻胀变形量的影响因素及其计算方法,研究结果表明:①在一个冻融循环周期内,路基中各测点的地温-变形量曲线可以分成3个阶段,不同阶段的盐冻胀变化规律不同;②在降温、升温过程中,硫酸盐渍土路基盐冻胀变形量的影响因素不同,相应的计算公式也不同;③在一个冻融循环周期内,路基中各测点的盐冻胀变形量的最大值均出现在升温初期,因此,建议采用升温过程中盐冻胀变形量的计算公式计算路基的最大盐冻胀变形量。

硫酸盐渍土降温过程中的盐冻胀试验研究

针对寒旱区硫酸盐渍土的盐冻胀特性开展了室内试验研究。选取甘肃省河西地区硫酸盐渍土为原料土,以室内人工制备的硫酸盐渍土为研究对象,就含盐量和含水量对土体盐冻胀变形的影响进行了系列试验研究,并对其变化规律进行了探讨。结果表明,含盐量对土体盐胀和冻胀变形呈先增大后减小再增大的规律;初始含水量越低,盐晶体的初始结晶温度越高,溶液浓度越接近饱和状态,土体发生盐胀变形的时间越早,芒硝晶体越容易析出,土体越易发生盐胀破坏。

冻融循环作用下粉砂质硫酸盐渍土变形特性研究

【目的】为探究南疆地区粉砂质硫酸盐渍土的变形特性,【方法】在封闭系统条件下对粉砂土进行冻融循环试验,利用扫描电镜对土体结构进行表征分析。【结果】结果显示:粉砂质硫酸盐渍土硫酸钠含量为0和1.0%时变形以融沉为主,5次循环后变形量分别为-1.30 mm、-1.02 mm;硫酸钠含量为2.0%、5.0%、8.0%时变形表现为盐胀-冻胀变形,5次循环后变形量分别为2.46 mm、8.53 mm、3.43 mm。【结论】结果表明:粉砂质硫酸盐渍土在冻融循环作用下温度和硫酸钠含量是影响土体发生冻融变形的主要因素。在低温区间土体的变形随温度的降低表现为盐胀-冻胀,在升温过程中土体先后出现冰融和盐溶变形;土体的最终变形量与硫酸钠含量的变化表现为先增后减,当硫酸钠含量为5.0%时,土体的盐-冻胀率达到最大为2.5%。运用扫描电镜可发现粉砂质硫酸盐渍土经冻融循环后在自重作用下会产生沉降,内部盐分重结晶是抑制沉降甚至造成土体膨胀的主要原因。

不同氯离子浓度对硫酸盐渍土盐冻胀特性的影响研究

为探究不同氯离子浓度对硫酸盐渍土冻结温度和盐冻胀变形的影响,采用自制试验土柱,在硫酸钠质量分数为3%、含水率为最优含水率条件下,对7组不同的氯硫比(氯离子与两倍硫酸根离子摩尔质量的比值)工况进行降温试验,研究了冻结温度和盐冻胀变形随氯离子浓度增加的变化趋势。结果表明:氯离子降低了硫酸盐渍土冻结温度,且随着氯离子浓度的增大,其降低幅度增大,同时土体达到冻结温度的时间延长;氯离子改变了盐冻胀变形的温度区间,氯硫比为0.1~0.7时,硫酸盐渍土盐冻胀变形的起始温度高于不含氯离子硫酸盐渍土的起始温度,且相应温度区间大于不含氯离子硫酸盐渍土的温度区间,氯硫比为0.8时,与不含氯离子硫酸盐渍土的温度区间接近;氯离子对硫酸盐渍土的盐冻胀变形有明显的抑制作用,且抑制作用随氯离子浓度增大而增强。

南疆盐渍土路基盐-冻胀变形综合防治技术研究

盐渍土盐-冻胀变形对新疆南疆地区的道路路基造成了不同程度的破坏,尤其对南疆新建城市阿拉尔市和图木舒克市的城市道路造成了严重的变形破坏。根据南疆盐渍土工程性质及盐-冻胀变形试验研究结果,作者总结提出了"一个加强、两个严格、三个注重"的盐渍土路基盐-冻胀变形综合防治原则和"五步骤"综合防治技术与工程措施,在南疆阿拉尔市胜利大道的改建工程中得到了应用,初期防治效果较明显,其最终防治效果需通过今后三年在道路的使用期间对路面变形的监控量测结果来进行评价。

阿拉尔市区道路盐-冻胀变形破坏机理与成因分析

阿拉尔市地处季节性冻土灾害区和严重盐胀灾害区。城市道路在建成后就遭受了严重的盐-冻胀变形破坏。本文通过对严重变形破坏路段的路基进行变形分析试验,结果表明:阿拉尔市区道路的变形类型属于盐胀-冻胀变形。其道路破坏经历了两个过程:初期是路基结构层中含量超标的硫酸盐使水泥土稳定基层发生化学膨胀破坏,其它结构层产生轻微的盐胀变形,使路面出现较小的裂缝变形;第二个过程是在盐胀变形持续的情况下,因外部水分入渗路基,冬季低温造成的冻胀变形,是路面破坏的主要因素。市区道路严重的变形破坏是多次季节性盐-冻胀变形产生的残余变形量累积的结果。要解决阿拉尔市区道路盐-冻胀变形破坏问题,需要在控制路基盐分、含盐量的基础上,必须要考虑地表水及地下水对路基盐-冻胀的影响。

阿拉尔市区道路盐胀-冻胀变形破坏机理研究

阿拉尔市地处季节性冻土灾害区和严重盐胀灾害区。城市道路在建成后就遭受了严重的盐胀-冻胀变形破坏。本文通过对严重变形破坏路段的路基土与道路两侧绿化带土体的含盐量进行对比检测试验,试验分析认为阿拉尔市区道路的变形类型属于盐胀-冻胀变形。对其盐胀-冻胀变形破坏的原因与机理进行分析研究,提出要解决阿拉尔市道路盐胀-冻胀变形问题,需要在控制路基盐分、含盐量的基础上,必须要考虑地表水及地下水对路基盐胀-冻胀的影响。

硫酸(亚硫酸)盐渍土盐-冻胀变形预报模型及与原位观测对比研究

利用天山北麓水磨河流域细土平原区硫酸(亚硫酸)盐渍土无荷载和有荷载条件下多次冻融盐-冻胀变形试验研究成果,采用单向分层总和法和积分法建立了硫酸(亚硫酸)盐渍土盐-冻胀变形预报模型,并利用原位观测分析验证模型的可靠性,提出了建立地温观测体系和建立盐-冻胀变形试验标准的建议。

盐渍土路基盐-冻胀变形影响因素及其防治技术分析

针对公路路基受盐渍土影响大的问题,结合新疆公路实际在对已造成盐渍土变形破坏公路调查基础上,分析对盐渍土路基盐-冻胀变形影响的主要因素,即气候环境、工程地质、盐渍土类型、盐分迁移方式,提出"5步骤"防治措施-控制路基填料含盐量、隔断水分和盐分运移、加强路基结构层、做好路基防排水、种植耐盐植物和降水固盐,提出具体应用方法。

寒旱区硫酸盐渍土特征温度及盐冻胀特性

针对寒旱区硫酸盐渍土的盐冻胀特性开展了室内试验研究。选取甘肃省河西地区硫酸盐渍土为原料土,以室内人工制备的硫酸盐渍土为研究对象,就含盐量和含水率等因素变化对土体的特征温度(过冷温度和冻结温度)以及盐冻胀变形的影响进行了系列试验研究,基于硫酸钠盐渍土冻结试验,建立了冻结温度的计算模型,通过数值计算结果与试验结果的对比分析,对所提出模型的有效性进行了验证,并对其变化规律以及产生的机理进行了探讨。结果表明:含盐量较高土体在正温盐分结晶析出,含盐量较低土体在负温盐分结晶析出;土体孔隙中溶液的浓度对盐渍土冻结温度以及总变形有着显著的影响,且存在2个临界浓度值,使得低浓度时的特征温度随着溶液浓度的增加而降低,当达到较小的临界浓度值后,结晶盐析出导致特征温度随着浓度的增加而升高,直到浓度达到较大的临界浓度值;在变形方面,溶液浓度较低时,土体变形主要由冻胀引起,反之,当孔隙溶液浓度较高时,变形则主要由盐胀引起,而在2个临界浓度之间时盐胀和冻胀相互制约。

降雨作用下硫酸盐渍土水–热–盐迁移及变形特性试验研究

为明确降雨作用下硫酸盐渍土水–热–盐迁移及其变形特性,以甘肃河西地区的气候环境特点以及盐渍土类型为背景,在自主研发的室内底板–大气双控温模型箱内部制作硫酸钠盐渍土天然场地的几何相似比模型(1∶6),首次结合地表能量收支平衡特征研究无降雨和有降雨2种工况下硫酸钠盐渍土内部多物理场耦合变化的特点。研究结果表明:降雨作用会导致反射短波辐射、入射长波辐射以及地表温度减小,地表净辐射以及地表蒸发速率增加,且增加趋势与降雨量相关。受降雨作用影响,土体内部含水量和电导率增加,土体热通量和温度降低。并且,降雨作用导致硫酸盐渍土内部的放热时间增长。此外,降雨作用对硫酸盐渍土内部水–热–盐各物理场的影响随着深度的增加逐渐减弱。一年四季交替过程中,硫酸盐渍土经历了先融沉后盐冻胀的变形过程。并且受降雨作用的影响,硫酸盐渍土的融沉变形和盐冻胀变形呈现不同程度的增加。研究结果为应对气候变化背景下盐渍土地区的环境灾变问题和工程问题提供一定的指导。

盐渍土路基盐-冻胀变形试验研究

在季节性冻土和盐渍土灾害地区,盐渍土的盐-冻胀(盐胀-冻胀)变形对道路路基造成很大的危害。南疆阿拉尔市城市道路建成后,盐渍土路基变形较为严重。为了确定盐渍土路基变形破坏的类型、原因及其发生机理,对变形破坏严重的道路进行路面变形量、路基不同深度地温、日平均气温及测区地下水位的季节变化进行现场监测试验,并对路基盐-冻胀变形进行了评价。结果表明:试验路段路基的变形属于盐-冻胀变形破坏,路基中的硫酸盐使水泥土稳定基层膨胀开裂和外部水分入渗路基产生冻胀是路基产生变形破坏的主要原因。

南疆不同地区盐渍土工程性质的试验研究

新疆南疆属盐渍土分布较广、盐渍土灾害严重的内陆干旱荒漠区域。不同地区由于地形、地貌及地下水分布的差异,导致其盐渍土工程性质有着明显的区别,使盐渍土灾害防治存在不确定因素。作者通过南疆三地区盐渍土工程性质的试验对比研究,试验分析结果表明:南疆不同地区受区域地形、地貌及地下水分布的差异和地质构造的影响,其盐渍土分布具有较明显的区域分异性,盐分组成及含盐量具有很大的差异,使不同地区的盐渍土在力学强度、土的可塑性及盐渍土盐-冻胀变形特性方面存在较大的差异。

水-盐-温-力多场耦合作用模型研究综述

寒旱区盐渍土环境,在以水-盐-温-力多场耦合作用为内因的水盐干湿循环和盐冻融循环共同作用下,使该区域的岩土结构发生损伤破坏。因此,水-盐-温-力多场耦合作用模型研究成为了环境作用研究领域的热点和难点。为了在细观上定量描述水分、盐分在温度变化下相态变化所引起的结构内部应力应变,在宏观上确定水-盐-温-力多场耦合作用对岩土体的损伤破坏程度,在国内外研究学者对多场耦合数学模型研究成果的基础上,采用理论分析的方法,分别从水盐运移模型、水热耦合模型、水热力耦合模型、水热盐耦合模型、水热盐力(HTSM)四场耦合模型几个方面进行综述研究,建立了在水分迁移方程中考虑结晶水含量、在水盐运移方程中考虑结晶盐固-液相变所引起的溶质摩尔质量的变化、在热流运输方程中考虑结晶盐相变潜热的寒旱区盐渍土水-盐-温-力多场耦合作用模型,为寒旱区盐渍土多场耦合作用的岩土结构损伤破坏机理研究和防灾型结构设计提供理论依据。

硫酸盐渍土水-盐-热-力四场耦合理论模型

针对硫酸盐渍土盐胀过程中较为欠缺的四场耦合理论,在已有的冻土三场耦合模型的基础上,建立了盐渍土水-盐-热-力四场耦合动力学模型。首先,基于水动力学模型和质量守恒定律,在水分场方程和盐分场方程中分别引入等效含水量和等效含盐量的概念,以此为耦合因子简化了水-盐-热耦合模型,不仅考虑了溶质扩散及水动力弥散的作用,还考虑了结晶盐-盐溶液相变(化学反应)对盐分迁移,以及结晶盐相变潜热对温度场的影响。其次,根据能量守恒定律,增加结晶盐的相变潜热,使温度场方程更符合工程实际情况。同时,在建立应力场方程时,盐胀部分由溶质的摩尔质量差进行计算,冻胀部分由原土中的部分水加上迁移来的水减去硫酸钠结晶所需要的水进行计算,从而推导出了应力与水分迁移、盐分迁移以及温度的关系,完善了盐渍土四场耦合理论。最后运用该理论模型,计算分析了新疆某公路盐渍土路基的盐冻胀变形过程。结果表明:计算所得地温规律、盐分迁移规律和盐冻胀规律与实测结果基本一致,计算与实测结果均表明,从秋末至来年春季,硫酸盐渍土路基经历了降温到升温的温度剧烈变化阶段,此阶段路基的变形过程可分为平稳区、缓慢盐冻胀区、剧烈盐冻胀区、盐冻胀变形滞后区、缓慢沉降区、剧烈沉降区6个部分。