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。     

温度变化对粗粒硫酸盐渍土路基变形影响分析

粗粒硫酸盐渍土路基在环境温度变化下易出现盐胀、沉陷等变形问题，其对路基正常使用造成的影响不容忽视。针对此问题，依托伊朗德黑兰-库姆-伊斯法罕高速铁路项目，在施工现场选取试验段，开展路基温度、水分的长期监测，分析路基温度和含水率随时间的变化规律。在此基础上，利用自主设计的温度变化试验装置，采用现场路基填料，开展室内温度变化循环试验，对粗粒硫酸盐渍土的变形特性进行研究。结果表明：监测期间，试验段路基温度的敏感深度为0.22 m，深度为1.0 m以内的路基含水率变化较大；在9个周期的试验过程中，试样深度在20 cm范围内的温度和含水率随时间的变化更为显著，且随着试验温度的变化，试样温度的变化存在一定的滞后性；含盐量为1.5%的土样在第1，2次温度变化循环试验中表现为盐-冻胀变形，其最大盐-冻胀变形量为0.128 mm，而含盐量为3%的土样在前6次循环试验中均表现为盐-冻胀变形，其最大盐-冻胀变形量为0.232 mm；由于受到温度、冰盐相变、含盐量、土颗粒组成、试验周期等多重因素的影响，9个试验周期后，不同含盐量的试样最终均呈现沉陷变形，其中，含盐量为1.5%试样的最终沉陷变形量为0.585 mm，是含盐量为3%试样最终沉陷变形的5.42倍。该研究结果可为相关工程提供一定的技术参考和借鉴。     

基于均匀设计的砾类硫酸盐渍土盐胀特性试验研究

为了深入研究盐渍土地区粗颗粒盐渍土的工程特性及其作为路基填料的可用性指标,从盐胀的主要控制因素土、水、盐、温、力5个方面,采用均匀设计方法,通过一系列的室内单次降温盐胀试验,研究了砾类硫酸盐渍土的盐胀特性及其盐胀规律。试验结果表明,影响砾类硫酸盐渍土盐胀量大小的主要控制因素是含盐量、含水率及其初始干容重,且这3个因素互为联系彼此影响,上覆附加荷载对盐胀量大小的增长具有很强的抑制作用;粗颗粒盐渍土盐胀增长活跃温度区间主要为-5-5℃,其活跃温度区间主要控制因素是含水率;如果土样初始干客重较低,盐胀过程中土体会发生体缩现象。     

硫酸盐渍土膨胀规律及影响因素的试验分析

硫酸盐渍土在一定的含盐量，含水量，初始密度条件下随温度变化所表现出的盐胀过程有一定规律性。土体的孔隙多少不能反映对盐胀的吸收程度，随初始密度增大，盐胀率减小，试件成型温度不同，降温条件下所表现出的盐胀过程亦有差异，盐胀发生剧裂变化的温度区间并不是固定的，它与孔隙溶液浓度有关。含盐量，含水量，初始密度对盐胀影响程度不同且具有交互作用。     

青藏铁路西格段路基土体冻胀试验研究

以青藏铁路西格段季节性冻土区路基冻害为背景,通过现场采集典型分布的粉质黏土,考虑温度、水分、盐分、压实度4个因素,进行室内冻胀试验,测试不同温度下路基土体的冻胀率,分析不同含盐量、含水率、压实度和温度下的冻胀试验数据。结果表明:对于不同压实度和含盐量的试样,冻胀率随含水率增加逐渐增大;随着含盐量的增加,土体的起胀温度逐渐降低,土体的冰点也随之降低;含盐量低于1.0%时,随着压实度的增加土体冻胀率呈增大趋势,含盐量为2.0%时,土体冻胀率不随压实度的变化而变化,进一步增大含盐量时,土体的冻胀率随压实度的增加     

多次冻融循环下硫酸盐渍土盐-冻胀特性试验研究

为研究硫酸盐渍土在多次冻融循环下的长期盐-冻胀量问题,完成了不同含盐量下硫酸盐渍土的多次冻融循环盐-冻胀试验。结果表明:无水源补给下,硫酸盐渍土的峰值(残余)盐-冻胀量与冻融循环次数间的关系受含盐量的影响,含盐量较小(≤1.3%)时,二者呈对数增长关系;含盐量较高(≥2.1%)时,二者呈线性增大关系。在含水率不变条件下,硫酸盐渍土的峰值(残余)盐-冻胀量与含盐量间呈"S"形增长关系,两拐点对应的含盐量约为0.5%和2.1%。基于试验结果,得到了硫酸盐渍土多次冻融循环下的峰值盐-冻胀量计算表达式。     

冻区盐渍土水热耦合效应及对力学性能的影响

水份迁移和温度场变化是引起路基冻胀融沉的直接因素.针对冻区高氯盐渍土,经水热场耦合作用后水份迁移和温度场分布规律进行了室内动态试验,研究了水热耦合作用对力学性能的影响.结果表明:单向冻结过程中,水份向温度较低的地方迁移,迁移量随土体深度的增加而增加;水热耦合作用后的土体冻结强度有不同程度上升,提升后的强度随土体深度增加而降低,远离冻区端因盐晶析出导致土冻结强度有所回升.     

盐渍土中盐胀量与含盐量及竖向分布的关系研究

为研究万向鄯善库木塔格地区盐渍土的工程性质,选取有代表性的盐渍土进行室内模拟季节交替和昼夜温差变化的多次冻融循环试验,并从不同角度进行了盐胀规律的分析。结果表明:盐渍土的盐胀过程可以被分为三个阶段:随着温度的降低盐胀量急剧增加阶段；温度持续降低盐胀量保持稳定阶段；升温时盐胀量均匀下降阶段。盐胀量的最大值并不出现在土体上部，而是在地表下。当土体温度处于-5～0 ℃范围内，即第四次冻融循环时，1～4 m深度范围内的盐胀量随着含盐量的升高而升高，含盐越多，盐胀量越大。     

保温材料在硫酸盐环境中的长期性能研究

硫酸盐渍土路基随气温变化产生盐胀导致道路破坏,是目前急需解决的问题。从影响盐渍土盐胀的因素之一的温度入手,针对EPS和PU两种保温材料,通过室内试验,研究了硫酸钠溶液浓度、冻融循环次数对其体积吸水率、抗压强度、导热系数等参数的影响,为两种材料在硫酸盐渍土路基中的应用提供参考和依据。     

新疆阿拉山口地区盐渍土盐胀与溶陷特性研究

以阿拉山口市—温泉县—G30公路建设项目为依托,通过控制变量法研究冻融循环次数、含盐率、含水率及荷载对盐渍土盐胀和融陷变形量的影响情况。试验结果表明:在进行盐胀试验时,盐胀性随着盐渍土含水率的增加逐渐增大;随着含盐率的增加,盐渍土盐胀特性也更明显;随着温度的降低,盐渍土盐胀量也逐渐增大,但当含盐率和含水率到达一定程度后,盐胀量则不会随着温度下降而增大;在进行溶陷试验时,在不考虑含盐量的情况下,各组土体均随着含水率增高而沉降量越大;在荷载相同的情况下,含盐量越大,沉降量越大;随着压力的增加,盐渍土仍会发生较大沉降。     

温度对盐渍土抗剪强度和变形特性的影响

为了明确因冻结温度和结晶差异造成的温度对盐渍土抗剪强度和变形特性的影响，以高含盐量和不同盐分类型的盐渍土为研究对象开展试验研究。首先，选用青藏高原察尔汗-格尔木高速公路沿线采集的含盐量为10%~36%的氯盐含量高、硫酸盐含量低的盐渍土土样（HC-1，HC-2）和硫酸盐含量较高而氯盐含量较低的盐渍土土样（CS）3种高含盐量盐渍土作为试验土样，对3种土样进行冻结温度试验，验证其降温至-20℃时，土体不会发生冻结。其次，在5个不同控制温度（-20℃、-10℃、0℃、10℃和20℃）下，分别进行盐渍土直剪试验以得出温度与抗剪强度参数关系函数。最后，分析温度对抗剪强度和弹性模量的影响，同时，利用数值拟合建立考虑温度影响下的盐渍土抗剪强度和切线弹性模量公式。研究结果表明：当温度由20℃降低至-10℃，3种盐渍土的抗剪强度和初始切线弹性模量均增大后趋于峰值，而随温度继续降低至-20℃后，HC-1和HC-2土样指标呈下降趋势，CS土样各参数结果却趋于稳定；不同含盐类型的盐渍土，温度对其破坏比R_f的影响也不同；在温度由20℃降至-20℃的过程中，HC土样的R_f在-10℃出现峰值，且在较低荷载（100 kPa）下，呈现出先增大后减小的特点，在较高荷载（200，300，400 kPa）下呈现出先增大后趋缓的特点；CS土样的R_f在20℃~10℃、10℃~-10℃和-10℃~-20℃降温段呈现出先增大中趋缓后减小的分段式变化特点。     

冰冻盐渍土地区公路盐胀和冻胀综合病害

依据兵团垦区的特殊地理环境,分析研究了冰;东盐渍土地区盐胀和冻胀综合病害的温度区间、划分土体变形阶段,并结合兵团垦区公路建设环境,分析研究了影响冰冻盐渍土地区土体变形影响因素,初步提出了防治该病害的措施。     

粗粒盐渍土路基水热盐力耦合方程修正及试验验证

为了研究粗颗粒硫酸盐渍土路基中的水盐迁移机理及路基内隔断层设置对水盐迁移的影响效果,并建立水盐迁移与路基盐胀、融陷变形的联系,基于非饱和土渗流和热传导理论,考虑水盐相变对水分场、温度场、盐分场和应力场的影响,分别针对已建立的水分场、温度场、盐分场进行满足粗颗粒硫酸盐渍土路基工程特性的修正,进而建立了适用于粗粒硫酸盐渍土路基水、热、盐、力场的耦合微分方程组。利用COMSOL Multi-physics软件建立了盐渍土路基水-热-盐-力场耦合数值模型,并通过室内大型粗颗粒盐渍土冻融循环试验结果对建立的数学模型的有效性进行验证。结果表明:在有地下水补给的冻融循环试验过程中,砾砂类硫酸盐渍土路基的低温影响敏感区域深度范围约为45 cm,土工布设置应综合考虑区域低温影响敏感深度和毛细水强烈上升高度;在毛细作用和温度影响下,砾砂盐渍土路基中的水、盐均向冷端迁移,其会导致土工布下方出现盐分聚集现象,其中硫酸根离子富集程度较强;隔断层可有效阻碍水盐纵向迁移路径,减弱水、盐向低温影响敏感区段迁移,从而达到减小路基盐胀、融陷的效果,同时减小路基变形的程度可以达到30%以上。     

含氯化钠硫酸盐渍土在单向降温时水分和盐分纤移规律…

在降温过程中，盐渍土中水分向冷端迁移，易溶盐变随之向土体冷端迁移；土壤溶液中的硫酸钠呈水合芒硝析出，因而使土体盐胀。盐分的迁移量受含水量、含盐量、初始干密度和上覆荷载的综合影响，硫酸盐向上迁移量大的试样，盐胀时也大。     

新疆盐渍土地区水泥稳定基层盐胀变形规律及机理

为进一步明确硫酸盐对水泥稳定基层膨胀变形的影响规律,基于硫酸盐结晶膨胀理论,设计了水泥稳定砂砾混合料盐胀试验,系统研究了不同硫酸盐含量和环境湿度条件下水泥稳定基层材料的盐胀规律,揭示了水泥稳定基层材料的盐膨胀机理,提出了水泥稳定基层混合料中硫酸盐含量的合理控制范围。结果表明:随混合料含盐量的增加,水泥稳定基层材料变形量从不含盐时的负值变为正值;当含盐量小于1.0%时,混合料每增加0.25%的含盐量,其盐胀率将增大0.012 1%左右;在5～20℃温度范围内,水泥稳定基层材料的盐胀变形随温度的不断降低而快速增长,且在10℃左右,其盐胀变形量达到最大;随环境湿度的增加,水泥稳定基层材料盐膨胀变形量的增大幅度主要由混合料含盐量决定。当含盐量为1.0%时,膨胀变形量受湿度的影响较为显著;含硫酸钠水泥稳定基层材料发生了盐分聚集和结晶作用,结晶后晶体形态变化较大,多数悬浮于固体颗粒之间,且体积显著膨胀,当膨胀力大于微观固体颗粒间的联结力时,便会造成颗粒距离增大,从而在宏观上表现出膨胀变形;水泥稳定基层材料含盐量与其膨胀量存在良好的指数关系,相关系数0.97以上;水泥稳定砂砾混合料中硫酸含盐量宜控制在0.136%以内。     

细粒氯盐渍土盐胀特性试验研究

对新疆焉耆地区和硕～库尔勒高速公路沿线的天然盐渍土进行室内基本性质试验分析,选取粉土、粘土类天然盐渍土,在开放系统中进行反复冻融循环条件下的试验研究.从土类及盐性角度研究了氯盐渍土的盐胀规律.试验结果表明:在冻融循环过程中,低液限粘土中氯盐渍土盐胀累加性最好,低液限粉土中氯盐渍土次之,低液限粘土强氯盐渍土不具有盐胀累加性;低液限粉土中氯盐渍土盐胀量都随着温度的降低而增加,随着温度的升高而减小;低液限粘土中氯盐渍土的最大盐胀量随着含水量的增大而增加;低液限粘土中氯盐渍土的盐胀特性随含盐量的增大而降低.     

硫酸盐渍土物理特性及纳米SiO2固化机理研究

为探究含盐量及纳米SiO2含量变化对硫酸盐渍土物理特性和盐胀特性的影响规律.以河西走廊粉质黏土为研究对象,通过一系列室内试验,测试了不同硫酸钠和纳米SiO2含量下盐渍土的液塑限、干密度、抗剪强度和渗透系数的变化规律,并通过单次降温试验测试了纳米SiO2对盐渍土盐胀的抑制效果.试验结果表明:在特定含水率下,随着硫酸钠含量...     

格尔木地区盐渍土工程特性及地基处理方法研究

为了深入研究1#聚热塔所处地基盐渍土的工程特性,对该处盐渍土分别进行了工程性质试验、冻融循环盐胀性试验、室内溶陷试验及现场溶陷试验。试验表明,一定荷载的存在能够抑制盐渍土盐胀,当荷载为50 k Pa时,盐胀基本消失,盐胀活跃区间集中在-10℃~0℃;地基3 m~6.2 m深度处盐渍土含盐量大,浸水变形很大,未经处理不可直接作为建筑物地基;根据此处盐渍土的工程特性,采用浸水预溶法对地基土进行处理。     

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.     

开放系统条件下硫酸盐盐渍土盐胀特性的试验研究

在室内模拟天条件下硫酸盐盐渍土的盐胀特性，研究盐胀率与其主要影响因素之间的相互关系。试验结果得出初始干密度、补水高度、含盐量和含水量对盐胀率的影响，分析其盐胀机理。