农安盐渍土冻胀及反复冻融强度衰减特性研究

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1、本文受国家自然科学基金项目“松嫩平原分散土成因机制及水热盐耦合离子迁移模型研究”(No.41372267)、“寒旱区土体盐渍化HTSM多场耦合地质环境系统灾变演化机理与工程效应研究”（No.41430642）和高校博士点基金项目“干湿冻融循环对吉林西部分散土的影响及机理研究”（No.20120061110054）的资助。内容提要盐渍土对工程建设的危害是多方面的，由此造成的经济损失也十分巨大。吉林省农安县属于典型季冻区，分布着大量盐碱化较重的土壤，该地区的各类土木工程经常会受到碳酸盐渍土的冻胀和反复冻融的影响。路基路面的冻胀翻浆、堤坝坡脚的冻胀开裂和冻融作用下盐渍土地基的承载力

2、不足等病害，已经成为制约盐渍土工程成败的关键。为给碳酸盐渍土地区盐渍土工程的冻胀和反复冻融强度的破坏寻找理论依据和机制，本文结合国家自然科学基金项目“松嫩平原分散土成因机制及水热盐耦合离子迁移模型研究”（No.41372267）、“寒旱区土体盐渍化HTSM多场耦合地质环境系统灾变演化机理与工程效应研究”（No.41430642）和高校博士点基金项目“干湿冻融循环对吉林西部分散土的影响及机理研究”（No.20120061110054），以农安县的碳酸盐渍土土样为研究对象，分别对其进行了冻胀和反复冻融作用下的超声波波速和单轴抗压强度研究。首先对土样的基本物理化学性质进行试验分析，

3、确定农安盐渍土为易溶盐含量较高、弱碱性、非有机质、级配良好、中液限、钠离子含量很高的碳酸粉质亚粘土。再结合工程实际情况制备不同的含盐量、击实度和含水率土样，进行盐渍土冻胀性试验，试验结果表明冻胀性与含水率成正比，最低含水率在16%以上；低含盐量土冻胀与击实度成正比，高含盐量土冻胀与击实度成反比；含盐量小于1.5%时冻胀与含盐量成正比，反之成反比。然后考虑含盐量、击实度、含水率和冻融次数4个因素的影响对土样进行反复冻融情况下的超声波波速和单轴抗压强度研究。超声波测试分析结果表明，各试验工况土样的波速随着冻融次数呈下降趋势，不含盐土波速与含水率成明显的反比关系。而盐渍土波速在冻融

4、550次时，与含水率成正比关系，波速与击实度总体呈正比关系；反复冻融作用下单轴抗压强度研究表明冻融强度随冻融循环次数而衰减，冻融强度与击实度成正比，与含水率、含盐量成反比关系。通过反复冻融强度和波速的关联性分析，从机制学角度讨论了影响二者关联性的因素水平及规律，以期将这种无损检测强度的手段应用到今后强度测试中。最后，由灰关联度和粗糙集确定盐渍土反复冻融强度衰减的主要影响因素及权重大小顺序为冻融次数>含水率>击实度>含盐量。以击实度、含水率、含盐量、冻融次数建立了冻融强度衰减BP神经网络预报模型，该模型具有很好的收敛性，但测试误差起伏略大，在一定条件下该模型能较好的预测和描述

5、碳酸盐渍土的反复冻融强度，可以为工程设计提供一些参考。中文摘要农安盐渍土冻胀及反复冻融强度衰减特性研究导师：陈剑平学生：李栋国专业：地质工程中文摘要吉林省农安县位于松辽平原腹地，由于地势低平，排水不畅，浅层地下水矿化程度较高，所以土壤盐碱化严重，而且分布广泛。经检测盐渍土中易溶盐以碳酸氢钠为主，故盐渍土类型属于碳酸盐渍土。农安县属于典型季冻区，冬季严寒、夏季炎热，这种气候条件下，在该地区建设的各类土木工程经常会受到盐渍土的冻胀和反复冻融下盐渍土强度衰减的影响。困扰该地区盐渍土工程的冻胀病害随处可见，例如该地区引水灌溉渠工程的堤脚、坝脚土体在碳酸盐-冻作用下经常发生膨胀开裂；翌

6、年融化后，在水盐作用下引起堤脚和坝脚的塌陷破坏；桥梁、涵洞基础在盐-冻胀作用下出现变形过大、稳定性不足等问题；部分高填深挖路基边坡的挡土墙，由于墙后碳酸盐渍土的冻胀作用而产生断裂；碳酸盐渍土路基路面的冻胀翻浆破坏等，对工程的正常使用和耐久性都造成了很大的影响。由于季冻区的气候特点，该地区的盐渍土工程还会受到反复冻融的影响，盐渍土的冻融强度会随着冻融次数的增加出现一定的衰减，直接影响着工程的稳定性。例如路基边坡的冻融滑塌、路基主体的融沉变形和冻融作用下盐渍土地基的承载力不足等。盐渍土工程的冻胀和冻融破坏作用会增加更多的维护费用，造成建设资金的二次投入，所以盐渍土的这些病害严重影

7、响了工程建设的发展，已经成为制约盐渍土工程成败的关键。因此，在不同状态、不同条件下进行碳酸盐渍土的冻胀和反复冻融作用下强度的研究已迫在眉睫。目前学者们对滨海地区、新疆、青海、甘肃等地区的氯盐渍土和硫酸盐渍土的冻胀和冻融强度研究的较多，而且也取得了一定成果。对于吉林省西部地区碳酸盐渍土，在这方面研究的还较少，尤其是反复冻融强度衰减特性的研究成果和文献资料相对更少。本文以吉林省农安县的碳酸盐渍土土样为研究对象，通过室内冻胀力和冻胀率试验进行盐渍土的冻胀特性研究；通过室内多次冻融循环下超声波波速和单轴抗压强度