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。

冻融循环条件下细粒硫酸盐渍土盐冻胀力学特性试验研究

硫酸盐渍土在失水或者温度降低的情况下会产生盐胀现象,严重影响结构物的正常使用.为研究细粒硫酸盐渍土盐冻胀力学特性,选取青海乐都公路段二十里铺区沿线硫酸盐渍土,采用自制试验箱,开展室内冻融循环试验,分析含盐量及冻融循环次数对法向盐冻胀力的影响.试验结果表明:冻融循环过程中,土中盐溶液向土体上表面迁移,同时析出的盐结晶和冰结晶使土样中硫酸钠溶液浓度增大,从而引起土体膨胀变形.压实系数为0.93、含水率为20%的细粒硫酸盐渍土盐冻胀力随着含盐量和冻融循环次数的增加而增大,盐冻胀力的增长趋势随着冻融循环次数的增加逐渐降低;在一个冻融循环周期内,按照盐冻胀力中盐胀占比及冻胀占比随温度变化的规律,将盐冻胀力变化分为四个阶段:盐胀阶段、盐冻胀耦合阶段、冻胀阶段、融化阶段,并测得含盐量为1.5%~4.0%的细粒硫酸盐渍土冻结温度在2~-5℃内变化,且冻结温度随着含盐量的增加而降低;盐冻胀力冻结峰值与残余值随着冻融循环次数的增加而增加,表明细粒硫酸盐渍土的盐冻胀力具有累加性,且含盐量越大累加性越强.

油污泥热解残渣改良粗粒硫酸盐渍土力学性能试验研究

为探究油污泥热解残渣改良粗粒硫酸盐渍土的力学性能,试验研究了残渣掺量和盐渍化程度对粗粒硫酸盐渍土回弹模量以及无侧限抗压强度的影响规律。结果表明:粗粒硫酸盐渍土的回弹模量和无侧限抗压强度均随残渣掺量的增加呈先提高后下降的趋势。当残渣掺量为10%时,各项力学性能提升最显著。此时回弹模量最大为245.52 MPa,无侧限抗压强度最大为0.48 MPa。随着含盐量增加,改良粗粒硫酸盐渍土的力学性能先提高后下降,且随残渣掺量的增加,非盐渍土较盐渍土的力学性能提升更加明显。根据X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验微观分析,油污泥热解残渣改良粗粒硫酸盐渍土主要由物理和化学两个因素共同作用,颗粒间的嵌挤摩擦和离子间的置换反应促就了改良盐渍土强度的提高。

不同含盐量条件下硫酸盐渍土蠕变特性与微观孔隙变化

为了探究不同含盐量条件下硫酸盐渍土的蠕变特性以及微观孔隙变化规律,采用自制一维蠕变仪对宁夏红寺堡地区的硫酸盐渍土进行蠕变试验,并对试验后的土样进行扫描电镜试验。结果表明:经历一维蠕变后,土体最终蠕变量随含盐量的增大而增大,随温度的降低而减小,蠕变速率随时间的增长而减小,且随含盐量的增大、温度的升高,土体经历衰减蠕变的时间越长,进入稳定蠕变的时间越晚;一维蠕变后,随含盐量的增加,大孔隙和中孔隙的数量减小,小孔隙和微孔隙的数量增加,孔隙形状以近椭圆形为主,复杂度增加,孔隙形状趋于复杂化,孔隙分形维数增大。

草本植物对硫酸盐渍土强度影响的试验研究

为探究草本植物生长对硫酸盐渍土的强度影响,分析其生物量与盐渍土强度相关关系;选取常见的高羊茅、黑麦草、早熟禾做为试验用草,定期测定草本植物的不同部分生物量和根土复合体的抗剪强度。其中高羊茅、黑麦草的生物量增量高于早熟禾,三种根土复合体的强度均大于素土强度,其粘聚力也明显提高。但内摩擦角变化并不显著,与素土相比仅有小幅度提高。草本植物的生长可在一定程度上提高硫酸盐渍土的土体强度,高羊茅、黑麦草对盐渍土的固土效果优于早熟禾,早熟禾不适宜在盐渍土上种植。

原生微生物固化细粒硫酸盐渍土的细观特征及其强度变化机制

为解决物理和化学方法改良盐渍土工程性质时工程耗能高、环境负效应扰动大的问题,利用高原寒区盐渍环境发育的原生脲解型微生物对细粒硫酸盐渍土进行固化试验,采用微观试验和三轴压缩试验对微生物固化盐渍土的强度特征进行了研究。结果表明:细粒硫酸盐渍土被微生物固化后,抗剪强度最高可提升2.9倍,增强机制由黏聚强度的提高程度所决定;固化土的初始切线模量和刚度得到提升,抗变形能力得到增强。该研究结果对增强固化土的稳定性、承载力等具有理论研究和实践指导意义。

石灰粉煤灰固化硫酸盐渍土的水稳定性与微观结构特征

高含盐量硫酸盐渍土的抗压强度低、水稳定性非常差,不能直接用于道路工程建设,应采用石灰和粉煤灰对其固化。为解决超硫酸盐渍土的工程应用问题,选择石灰掺量6%、8%、10%、12%、14%与石灰︰粉煤灰1︰1、1︰1.5、1︰2、1︰2.5、1︰3的固化方案,开展未浸水与浸水固化土的抗压试验,评价石灰和粉煤灰掺量对固化土水稳定性的影响;通过扫描电镜观察与能谱测试,分析石灰和粉煤灰掺量对硫酸盐渍土微观形貌的影响;计算微观结构指标,辅助分析石灰和粉煤灰对硫酸盐渍土的固化机理。试验结果显示:(1)在硫酸盐渍土中掺入适量的石灰和粉煤灰,固化土的抗压强度与水稳定性明显提高。随石灰粉煤灰掺量的增加,固化土的强度呈先增长后降低趋势。(2)石灰和粉煤灰化学反应产生了凝胶物质与针棒状物质,填充土的孔隙,增强土颗粒间的胶结力,提高了硫酸盐渍土的抗压强度与水稳定性。(3)采用8%石灰+24%粉煤灰配合比,固化土的抗压强度最高且水稳定性最好。8%石灰+24%粉煤灰固化土的颗粒胶结更紧密,土团粒粒径较大,土团粒形状更趋向于扁圆状,土的结构更稳定。研究结果表明,8%石灰+24%粉煤灰配合比可为超硫酸盐渍土改性与固化的工程利用提供参考。

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。

单向冻结条件下硫酸盐渍土热质迁移及变形特性研究

对水盐补给条件下硫酸盐渍土中的热质迁移、孔隙流体相变过程以及硫酸盐渍土盐冻胀变形进行了理论和试验研究。基于非饱和土力学和热弹性连续介质理论,建立了非饱和硫酸盐渍土中水-热-盐-力多物理场耦合的数学模型,其中考虑了孔隙内相变对热力学和水力学参数的影响,通过数值模拟分析了开放系统单向冻结条件下土体内部温度场、水分场、盐分场及应力场的变化过程,并利用室内降温试验对理论模型的有效性进行了验证。研究结果表明:盐分在结晶时所析出的潜热会直接影响到水分冻结成冰的过程;土体孔隙溶液浓度在开放系统单向冻结条件的影响下随时间先快速增长至峰值而后逐渐下降,最终趋于稳定;在负温的影响下,土体内部水分相变成冰,并逐渐形成冻结锋面,随着冻结锋面的下移,土体盐冻胀程度越来越大。

冻融干湿循环下硫酸盐渍土的微观孔隙研究

为研究冻融干湿循环对宁夏地区硫酸盐渍土微观孔隙结构的影响,在6次冻融干湿循环后,对试样进行SEM和MIP试验,借助ImageJ2X图像处理技术,从表观孔隙率、孔隙分布和孔隙分形维数3个角度分析其微观孔隙结构。结果表明:(1)经历6次冻融干湿循环后,含盐量较低(S≤1%)时,不同压实度下硫酸盐渍土的表观孔隙率随含盐量的增加均呈现先增大后减小的变化趋势,并在0.5%时达到峰值,1%时处于低谷;含盐量大于1%时,低压实度(K<95%)土体表观孔隙率随含盐量增加持续增大,而高压实度(K≥95%)土体则呈现先小幅增大后减小的变化趋势;(2)相较于未经冻融干湿循环的情况,土体最终表观孔隙率均有所增大。为提高工程的耐久性,建议硫酸盐渍土地基的压实度宜大于等于95%。(3)随含盐量的增加,孔隙孔径的变化主要集中在3~40 um区间内,孔隙分布的变化也主要体现在大孔隙、中孔隙上,且表观孔隙率与大孔隙体积百分含量变化基本一致;(4)基于MIP数据拟合得到土体孔隙分形维数随含盐量的增加呈上下波动,且其与表观孔隙率、大孔隙体积百分含量变化趋势相反。本研究有助于丰富硫酸盐渍土的微观理论,为硫酸盐渍土地区的工程建设提供理论支撑。

冻融-干湿循环下硫酸盐渍土强度劣化的宏微观响应

冻融-干湿循环是引起硫酸盐渍土强度劣化的主要原因,而土体微观孔隙结构与强度之间有紧密的联系。通过无侧限抗压强度试验、压汞试验、电镜扫描(SEM)试验,采用全局优化法(UGO)分析数据,ImageJ2X处理SEM图像,探究了冻融-干湿循环下硫酸盐渍土强度劣化的宏微观响应关系。结果表明:①冻融-干湿循环作用下,无侧限抗压强度随含盐量呈现先增大后减小的变化趋势,当压实度较低时强度峰值对应的含盐量低;从孔隙分布得出,1~10μm的孔隙占比为强度劣化的阈值,当其占比>50%时强度出现劣化,且劣化现象不可逆。②冻融-干湿作用下的无侧限抗压强度值与微观参数的歪度、结构优度间存在相关性,无侧限抗压强度与歪度呈现正相关,与结构优度呈负相关,且结构优度比歪度对强度影响更加显著。③影响无侧限抗压强度宏观指标劣化程度的微观参数依次为结构优度、歪度、分选系数、平均孔喉半径。本研究从定量分析的层面探究了硫酸盐渍土的宏微观响应关系,为进一步研究盐渍土工程性质提供参考。

冻融循环条件下细粒硫酸盐渍土盐冻胀机理研究

针对不同含盐量细粒硫酸盐渍土,采用自制试验箱进行冻融循环试验,测定土样不同高度处温湿度及含盐量,分析冻融循环条件下水盐分布与迁移规律,结合微观结构特征,开展细粒硫酸盐渍土盐冻胀机理研究。试验结果表明:冻融循环过程中,从土样底部到顶部,土体降温速率和温度变化区间均有所增大;含盐量不同,土样不同高度处的温度变化也有所不同,但其变化趋势相似,含盐量越大的盐渍土水分向冷端迁移越大,底部与顶部的含水率差越大,热量损失逐渐减小。冻融循环结束后,不同含盐量盐渍土盐分向冷端迁移,含盐量越大盐分迁移量越大,顶部与底部的含盐量差越大。土样自土层底部到顶部的土颗粒中大孔隙数量增加且分布不均匀,土体顶部产生明显膨胀变形,说明冻融循环条件下,盐渍土中水盐均向冷端迁移,冷端产生较多冰结晶与盐结晶,使得土体产生了盐冻胀变形。

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。

粗颗粒硫酸盐渍土溶陷系数经验公式拟合

鉴于目前还没有针对硫酸盐渍土溶陷特性的经验公式,且级配对于溶陷的影响研究很少。以德黑兰至伊斯法罕铁路项目为依托,基于现场勘测的地基数据,以含盐量和级配类型为主要影响因素,对粗颗粒硫酸类盐渍土展开双因素影响作用下的室内人工配置盐渍土溶陷特性试验,探究含盐量和级配对盐渍土溶陷特性的影响,并采用正交回归试验的方法,建立溶陷系数经验公式。结果表明:含盐量越高,粗细颗粒比越小,溶陷系数越大;溶陷系数直接拟合时,相对误差较大,以1%含盐量分开拟合,经验公式精度大大提高;对经验公式所得数据与试验数据进行对比,相对误差最大为5%,证实该公式拟合度较高,工程实用性较高。

交通荷载作用下弱硫酸盐盐渍土刚度软化特性研究

为揭示交通荷载作用下弱硫酸盐盐渍土刚度软化特性,本研究采用英国GDS空心圆柱扭剪仪,对青海海东地区弱硫酸盐盐渍土进行交通荷载应力路径下的循环扭剪试验,探讨循环次数、循环应力比和扭剪应力比对弱硫酸盐盐渍土刚度软化特性的影响,并通过试验数据拟合建立了交通荷载作用下弱硫酸盐盐渍土刚度软化模型。结果表明:弱硫酸盐盐渍土刚度软化指数均随着循环次数的增加而减小,且在循环初期衰减速率较快;在循环次数相同的条件下,循环应力比和扭剪应力比较大时土体刚度软化指数较小,土体刚度衰减程度较大;依据试验数据建立的考虑循环应力比及扭剪应力比的弱硫酸盐盐渍土刚度软化模型,预测效果较好,可为弱硫酸盐盐渍土路基在交通荷载作用下的变形预测提供参考。

粗粒硫酸盐渍土盐胀特性研究进展

结合粗粒硫酸盐渍土的盐胀特性及盐胀机理研究情况,对其温度、含盐量、含水率、土的类别及上覆荷载等因素的影响进行分析,并讨论基于影响因素的盐胀量预估模型研究情况。

黄土状硫酸盐渍土工程性质与改良治理

我国盐渍土广泛分布,特别是在西北地区,盐渍土的分布尤为集中。据统计,西北地区的盐渍土面积约占全国盐渍土总面积的60%左右。这一现象主要是由于西北地区特殊的地理环境和气候条件所致。近年来,随着西北地区经济建设的快速发展,工程建设项目急剧增多。然而,盐渍土地基在工程中的应用却带来了一系列的安全隐患和经济损失。盐渍土地基引发的盐胀、溶陷、腐蚀等问题严重影响了工程的安全运营,甚至可能导致工程的失败和巨大的经济损失。为了解决这一问题,对西北地区的黄土状硫酸盐渍土地基进行研究和改良治理具有极重要的工程意义。通过对盐渍土地基的研究,可以找出其产生盐胀、溶陷、腐蚀等病害的原因,从而为改良治理提供科学依据。同时,通过改良治理,可以提高盐渍土地基的稳定性和承载能力,确保工程建设的安全性和经济效益。

含盐量对亚硫酸盐渍土抗剪强度影响的试验

为探讨含盐量对盐渍土抗剪强度的影响,该研究对采自于青海柴达木盆地大柴旦盐湖地区的盐渍土进行了洗盐试验以获得素土试样;根据该区盐渍土类型及盐渍化程度,在洗盐后土体中分别加入不等量的无水硫酸钠(Na2SO4),以获得不同含盐量的人工配制硫酸盐渍土,并对上述不同含盐量的人工配制硫酸盐渍土开展室内直接剪切试验。试验结果表明,洗盐试验后土体中的易溶盐离子含量及p H值均显著低于洗盐前盐渍土;当土体密度和含水量分别为1.41 g/cm3和25.68%时,洗盐后土体粘聚力c值和内摩擦角φ值分别为14.8 k Pa和26.5°,均高于洗盐前盐渍土的粘聚力值(6.7 k Pa)和内摩擦角值(24.6°);不同含盐量梯度条件下的人工配制硫酸盐渍土的粘聚力和内摩擦角,随土体含盐量增加均表现出先减小后增加的变化特征。当含盐量由0.74%增至5.17%时,人工配制硫酸盐渍土粘聚力c值和内摩擦角φ值均呈逐渐减小的变化规律,当土体含盐量由5.17%增至14.17%时,人工配制硫酸盐渍土粘聚力c值和内摩擦角φ值均表现出增加的变化规律,且当含盐量为5.17%时,其粘聚力c值和内摩擦角φ值分别为8.3 k Pa和26.1°,均为最小值,即该值对应的含盐量值即为人工配制硫酸盐渍土的含盐量阈值。本项研究成果对于进一步探讨含盐量变化对盐渍土抗剪强度影响,及含盐量变化与盐渍土粘聚力和内摩擦角之间的关系等方面具有理论研究价值和实际意义。

硫酸盐渍土盐胀特性各影响因素间交互作用规律的分析

本文应用作者通过试验研究所提出的硫酸盐渍土盐胀率随五因素变化的计算公式，分析了盐胀率的交互作用规律。

硫酸盐渍土击实性能及影响因素试验研究

为了全面地揭示硫酸盐渍土击实性能的变化原因和规律,对不同条件下配制的硫酸盐渍土进行了一系列的轻型击实试验。试验研究表明,含盐量对硫酸盐渍土最大干密度和最优含水率的影响规律并不是单一不变的,它取决于土中硫酸钠的3种状态(硫酸钠溶液、无水硫酸钠和十水硫酸钠)及3种状态间的相对含量。硫酸盐渍土的最大干密度和最优含水率与土中不同状态硫酸钠相对含量间的关系曲线具有反相关性。闷料时间和初始含水率对硫酸盐渍土击实性能的影响与含盐量有关,当含盐量较低(如1.5%)时,其影响甚小;当含盐量较高(如5.0%)时,其影响显著。硫酸盐渍土在由湿到干的过程中会出现"假干现象"。该试验结果对工程中硫酸盐渍土的击实性能和压实度的合理评价都具有重要的参考价值。