天然硫酸盐渍土盐-冻胀性试验研究

那 姝 姝

(新疆华宇建科工程勘察设计有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

天然硫酸盐渍土盐-冻胀性试验研究

那 姝 姝

(新疆华宇建科工程勘察设计有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011)

以天然硫酸盐渍土为研究对象，对天然硫酸盐渍土进行了室内研究，试验在冻融循环条件下进行，试验结果显示，天然硫酸盐渍土的盐-冻胀量随着冻融循环次数及含水率的增加而增大；相同含水率时，盐-冻胀量随干密度的增加盐-冻胀率相差并不大，含水率更能影响土样的盐-冻胀性；硫酸盐渍土在第3次冻融循环时表现出最大的盐-冻胀增量。

盐渍土，盐-冻胀量，冻融循环

盐渍土的固相和液相组成不同于非盐渍土，盐渍土中易溶盐受温度、含盐量及含水量的影响，可以由液相、固相及液固相的混合形式存在，且存在形式在一定条件下可以互相转换，使得盐渍土有着不同于非盐渍土的工程特性[1，2]。硫酸盐渍土的盐-冻胀作用是由盐渍土中Na2SO4的含量、黏土矿物含量、土密实度、温度及含水率等因素综合作用的结果[3,4]。外界温度升高或降低时，盐渍土土体中的硫酸钠(Na2SO4)的存在形式会不同。在平时的建(构)筑物的建设中，因盐渍土的盐-冻胀问题而引起的道路、建(构)筑物破坏的事例不在少数，所以对盐渍土的盐-冻胀性的研究有着深远的实际意义。

1 盐-冻胀性试验

1.1 试样制备

根据不同含水率要求，充分混合水及盐渍土，拌匀后放入塑料袋内浸润24 h，采用室内击样法制备成所需的压实度试样[5]。为了保证土样均匀的密实度，试样的制备采用了密度控制法对土样进行分层击实。

1.2 试验方法

考虑模拟新疆地区冬季平均气温，选择试验温度为-20 ℃和28 ℃，试验时将土样放置恒温-20 ℃冰箱中24 h后，取出放置恒温28 ℃的实验室中24 h，进行试验。因季节的不同和取样地点的不同，盐渍土的密度及含水率会有差别，因此在试验中考虑了密度和含水率对硫酸盐盐-冻胀性的影响，将硫酸盐渍土土样在初始含水率为10%，13%，16%和初始干密度为1.4 g/cm3，1.6 g/cm3，1.7 g/cm3条件下制样并进行试验，分组情况见表1。

表1 试验分组

2 试验结果分析

2.1 初始含水率不同时硫酸盐渍土的累加盐-冻胀量变化规律

初始含水率不同时硫酸盐渍土的累加盐-冻胀规律见图1～图3。从图中可以看到，随冻融循环次数的增加和含水率的提高，硫酸盐渍土的盐-冻胀率均不断增加。土样经24 h在-20 ℃冰箱的低温环境中，硫酸盐渍土中硫酸钠溶液由28 ℃逐渐降低至-20 ℃，随温度的逐渐降低，Na2SO4吸水结晶转化为Na2SO4·10H2O。因硫酸钠晶体体积大于硫酸钠溶液中硫酸钠和10个水分子的4倍左右，在硫酸盐渍土土样温度降低过程中，体积不断增加，即盐-冻胀率不断增大；随冻融循环次数的增多，土样中的硫酸钠向硫酸钠晶体转换的数量慢慢增多，盐-冻胀率增加。

硫酸钠溶液中硫酸钠需吸收10个水分子转换为硫酸钠晶体，试验土样的含水率分别为10%，13%和16%，含水率较高的土样，其中硫酸钠可以吸收的水分子更充足；且在温度逐渐降低至-20 ℃过程中，盐渍土中的自由水会转换成冰，此时土样同时发生冻胀现象，土样体积同样增加；在盐胀和冻胀的共同作用下，土样的盐-冻胀率随含水率的增大而不断增大。

2.2 初始干密度不同时硫酸盐渍土的累加盐-冻胀量变化规律

初始干密度不同时硫酸盐渍土累加盐-冻胀率变化规律见图4～图6。由图可以看出，在冻融循环试验次数的增加过程中，含水率不同的硫酸盐渍土随冻融次数的增大，其累加盐-冻胀率不断递增，但当盐-冻胀率值增大到一定值后增大趋势逐渐趋缓；干密度的增加，对累加盐-冻胀率的影响作用不大，含水率不同干密度条件相同时，累加盐-冻胀率差异显著，故盐渍土的含水率较干密度对其盐-冻胀率的影响作用更大。相同含水率时密度较小的硫酸盐渍土土样中的孔隙较多，孔隙中的易溶盐溶液较多，当温度逐渐减小过程中，盐胀、盐-冻胀陆续引起土体体积增加，累加盐-冻胀率呈增大趋势；相反当土样密度较大时，此时硫酸盐盐渍土土样中的孔隙较小，孔隙中的易溶盐溶液较少，因此密度较大的1.7 g/cm3的土样，其累加盐-冻胀率小于密度为1.5 g/cm3和1.6 g/cm3的盐渍土土样。故在盐渍土地区可以通过增加土体密度的方法，来降低盐-冻胀对建(构)筑物的危害。

2.3 初始含水率不同时硫酸盐渍土的累加盐-冻胀量变化规律

初始含水率不同的硫酸盐渍土盐-冻胀增量变化规律见图7～图9，由图可知，初始含水率相同、干密度不同条件时硫酸盐渍土盐-冻胀增量规律基本相同即：含水率的增加，影响盐-冻胀增量逐渐增加。盐渍土土样在含水率较大时，盐-冻胀增量表现的越突出。硫酸盐渍土土样在冻融循环进行至第3次时表现出最大的盐-冻胀增量。冻融次数增加，盐-冻胀增量逐渐增加，当增量增加到一定值后，开始逐次减小。土样在初始冻时，随着温度降低逐渐产生的硫酸钠结晶体填充土样孔隙及土体骨架，使得土样体积膨胀；土样融化过程中随温度的升高硫酸钠晶体由晶体转化为液态，此时土样体积较土样原始体积大，随土样的融化，土样中有自由水的蒸发，导致土体中易溶盐溶液含量浓度增大。第2次冻土样时，盐晶体的析出量较第1次多，故盐-冻胀增量增大。土样再次融化，水分不断蒸发，土体中易溶盐溶液浓度继续增加，冻融循环第3次时，土样中硫酸钠结晶体更多，盐-冻胀增量更大。3次冻融循环使土样中的水分大量蒸发，土样含水率大大降低，硫酸钠结晶体开始减少，盐-冻胀增量开始降低。

3 结语

通过冻融循环方法对天然硫酸盐渍土进行试验，可得以下结论：

1)硫酸盐渍土随冻融循环次数、含水率的增大，盐-冻胀率增大。2)相同含水率时，干密度的增大，盐-冻胀率差异不大，含水率更能影响土样的盐-冻胀率。3)第3次冻融循环时硫酸盐渍土呈现出最大盐-冻胀增量。

[1] 李 芳，李 斌.中国公路盐渍土的分区方案[J].长安大学学报，2006，26(6):13-14.

[2] 徐攸在.盐渍土地基[M].北京:中国建筑工业出版社，1993：78-82.

[3] 王俊臣.新疆水磨河细土平原区硫酸(亚硫酸)盐渍土填土盐胀和冻胀研究[D].长春：吉林大学建设工程学院，2005：48-100.

[4] 贾 磊，候 征，王维早.冻融条件下硫酸盐渍土的膨胀机理及抑制措施[J].安徽农业科学，2009，37(7)：3330-3334.

[5] JTGE 40—2007，公路土工试验规程[S].

Research on salt-frost heave test of natural sulphate saline soil

Na Shushu

(XinjiangHuayuArchitecturalScienceEngineeringSurveyandDesignCo.,Ltd,Urumqi830011,China)

Taking the natural sulphate saline soil as the research object, the paper undertakes the indoor research on the soil under the freezing and thawing cycles, proves by the test result that the salt-frost heave increases along with the added times of freezing and thawing cycles and water contents; the differences in the salt-frost heave is slight with the increasing dry density in the circumstances of the same water content, so the water content has more impact on the salt-frost; and the sulphate saline soil bears the maximal salt-frost heave volume in the third freezing and thawing cycle. Key words: saline soil, salt-frost volume, freezing and thawing cycle

2015-08-23

那姝姝(1987- )，女，硕士，工程师

1009-6825(2015)31-0069-02

TU411

A