新疆某地区天然强氯盐渍土的盐—冻胀力规律研究

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)

1 概述

土具有三相性，是由气相、液相、固相三部分组成。盐渍土是岩土中易溶盐含量大于0.3%，并具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性的土[1]。盐渍土的液相中含有易溶盐，其固相除土粒外有盐晶体的存在，盐渍土在外部环境发生变化时，盐渍土中的易溶盐和盐晶体即盐渍土部分液、固相之间会相互转换，这就是造成盐渍土与非盐渍土的液相和固相不同的主要原因，引起盐渍土和非盐渍土不同的工程特性。

目前对盐渍土的研究较多，但对盐渍土盐—冻胀力的研究较少。工程中对膨胀压力引起的变形较为关注，由于建筑物对地基土的变形较敏感，如果膨胀变形过大，就会引起建(构)筑物的地基或上部结构的损坏。自然条件下随季节的交替变化，盐渍土中部分液、固相之间会互相转化，会发生盐—冻胀现象，这将可能会造成盐渍土地区的建筑物地基或上部结构破坏，所以在盐渍土地区的建筑物在建设时应全面考虑盐—冻胀力可能对建筑物造成的影响。因此对盐渍土的盐—冻胀力进行相关的试验研究，以发现盐—冻胀力的规律，这会对存在盐渍土的地区建设具有重要意义。

盐—冻胀力的常规试验方法有两种，第一种在外界温度变化条件下使土样体积膨胀，膨胀结束后施加压力使其体积恢复原状，从而推出膨胀体积的盐—冻胀力。这类试验的主要优点是仪器设备和试验方法比较简单、易实施。第二种是在外界温度变化条件时，保证土样的体积不变，测定维持土样体积不变需要的力，从而得出盐—冻胀力。这种试验方法所需特定的仪器设备，试验过程中不易控制，因此本文采用第一种试验方法进行试验研究。

2 盐渍土盐—冻胀力试验

试验选用新疆某地区的天然强氯盐渍土作为试验研究对象，考虑了不同含水率和不同干密度对盐渍土盐—冻胀力的影响，试验条件选用不相同含水率和不相同干密度。选盐渍土含水率为10%,13%和16%，3种不同含水率；干密度为1.46 g/cm3,1.56 g/cm3,1.66 g/cm3，3种不相同的土试样干密度进行试验。

2.1 试样的制备

试验材料选用新疆某地区的天然强氯盐渍土，土试样采用深度1.0 m～1.5 m，总含盐量5.7%的天然盐渍土。土样为细粒土，主要成分以粉土为主，土体颗粒粒径均匀，经室内土工击实试验得到本次采用的天然盐渍土的最优含水率和最大干密度分别为13.0%和1.89 g/cm3。

制备试验时选用碾碎的自然风干盐渍土和无离子蒸馏水，制备不同含水量的土备用。在实验室的室温(20 ℃)将水加入风干土充分搅拌均匀之后将土装进塑料袋密闭24 h。待水、土充分完全接触后，将土平分三次击实到试验用的环刀中(土试样制备的过程中须做到密度的一致性)，以达到土试样所需的干密度。

将制备好的土样放置在外界室温下冷冻土试样12 h，拿回恒温25 ℃实验室融化12 h，进行冻融循环试验。

2.2 试验的方法

在土样测试仪器中按次序放入透水石、塑料纸、护环、环刀、量力环、有机玻璃板、百分表。在试验过程中为使玻璃板能与百分表有良好接触，避免在试验中因为降温产生的霜可能对试验造成大的误差，在试验开始前在量力环和玻璃板的侧壁以及百分表的推杆侧壁涂一薄层润滑油后，开始土样的冻融循环试验。

3 结论

3.1 相同含水量不同初始干密度下累加盐—冻胀力与冻融循环次数的关系

土试验在相同的含水量时不相同干密度的土试样，其累加的盐—冻胀力会随冻融次数的变化规律见图1～图3，由图1～图3可看出，土试样在相同含水量时土试样的累加盐—冻胀力会伴随干密度的增加而增加，同一个土试样的盐—冻胀力会随冻融次数的增加而增加。

土样在室外进行冷冻时，土体中的水分随温度的降低会发生冻胀现象，土体中的易溶盐溶液发生盐胀现象。发生盐—冻胀时，Na2SO4·10H2O结晶体充填于土粒接触间及土样孔隙中使土体体积膨胀。由孔隙比公式可知，干密度大的土样孔隙率小，容纳Na2SO4·10H2O结晶体的空间小，盐—冻胀力大。

在土样的冻融循环试验过程中，温度降低使土样产生盐—冻胀变形，此时，处于孔隙和土粒接触间的Na2SO4溶液随温度的降低Na2SO4吸水结晶膨胀，使土颗粒之间发生相对位移，土样干密度降低。土样在升温的过程中，在土样中主要处于土颗粒接触间和小孔隙中起骨架作用的硫酸钠结晶体和冰由固相变成了液相，土样融化下沉体积减小，但是土样体积会有残余变形；而能膨胀土样但在土体中主要位于较大孔隙中起不到骨架作用的Na2SO4·10H2O和冰溶于孔隙中，土样在融化时不会产生沉降，使土样体积存在残余变形。

由上述可知，土试样在冻融循环的过程中存在残余变形，这就使得土试样的累加盐—冻胀量会随冻融循环次数的增加而不断增加，累加盐—冻胀力随冻融循环次数的增加而增大。

3.2 不同初始含水率下累加盐—冻胀力与冻融循环次数的关系

不同含水率下土样的累加盐—冻胀力随冻融次数变化的规律见图4～图6，从图4～图6中可以得到，土样在同一干密度条件下，随含水率的变化累加盐—冻胀力呈现出抛物线的规律。当土试样的含水量小于最优含水率(13%)时，土试样的累加盐—冻胀力会随含水量的增大而增大；当土试样的含水量率大于最优含水率(13%)时，随含水量的增多土试样的累加盐—冻胀力减小；当含水量贴近最优含水率时土试样有最大的累加盐—冻胀力。

土样在冻融循环时，含水率较小的土样由于土颗粒之间的粘聚力、内摩擦力、土颗粒引力较大，制约土样体积膨胀，大部分Na2SO4·10H2O结晶体充填于孔隙间，随着含水率的减小土样的盐—冻胀力减小；随含水率的逐渐增加，土颗粒之间由于水的润滑作用，使土样的粘聚力、内摩擦力减小，另外，含水率的增大造成土粒周围的弱结合水增加、水膜增厚、土颗粒之间的引力减小，使得土颗粒之间容易产生相对位移，对土样盐—冻胀的制约作用减小，所以土体盐—冻胀力增加。

随着土样的含水量再次增加，土试样中自由水和毛细水的含量增加，这使得土体的孔隙溶液中Na2SO4含量增加，土粒接触间的Na2SO4含量减小。同一干密度的土样随含水率的增大、温度的降低，孔隙间Na2SO4·10H2O结晶含量增加，而土粒接触之间的Na2SO4·10H2O结晶含量减小。我们知道土样孔隙间吸收Na2SO4·10H2O结晶的能力比土粒接触之间吸收Na2SO4结晶的能力强的多，所以随含水率的增加土样的盐—冻胀量减小，盐—冻胀力减小。

土试样中的溶液处于孔隙中和土粒接触间，处于土粒接触间的盐溶液是土体产生盐—冻胀力的主要组成部分。当土试样的含水率在最优含水率附近时，土样中的盐溶液主要处于土粒接触之间，与此同时，土颗粒之间的粘聚力、内摩阻力及土粒间引力较小，所以含水量为最优含水率的土试样在冻融循环时其累加盐—冻胀力最大。

综上，土试样在不同含水量时土试样的盐—冻胀力是由盐渍土中含盐溶液存在位置(土粒接触间和孔隙间)、土粘聚力、内摩擦力及土粒间引力等综合作用的结果。

4 结语

通过对天然强氯盐渍土盐—冻胀力的研究，可得到以下结论：

1)土试样在经历冻融循环的过程中，土试样的累加盐—冻胀力会伴随冻融次数的递增逐渐增大。

2)土试样在相同干密度试验条件下，土试样的含水量为最优含水率时，其累加盐—冻胀力会达到峰值；当土试样含水量较小时，土试样的累加盐—冻胀力会随含水量的增大而增大；当含水量超出土试样的最优含水率后，其累加盐—冻胀力会随含水量的增大而减小。

3)土试样在相同的含水量的试验条件下，随土试样干密度的增大土试样的累加盐—冻胀力增大；相同含水量不同干密度的土试样，累加盐—冻胀率相差很小。

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