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盐渍土广泛分布于吉林西部,且该地区的盐渍土属于典型的碳酸型盐渍土,其总面积达一万五千平方千米。吉林西部属于季节性冻土区,其每个季节的温度变化显著,冬季寒冷漫长,夏季炎热,使得该地区的盐渍土每年都要经历周期性的冻结和融化过程。盐渍土中盐分的存在使得这种周期性的冻结和融化过程对土体的力学性质影响更加显著,而工程建设的开展离不开土体力学性质及本构关系的研究。近年来,随着经济的飞速发展以及吉林省西部生态经济区规划的提出,大规模的工程建设在盐渍土地区不断开展且日益增多,如西部地区河湖连通工程、综合交通体系建设工程以及原油输油管道建设工程等。这些大规模工程建设给盐渍土地区的岩土工程设计带来诸多挑战。因此,对吉林西部盐渍土的力学性质及本构关系展开研究已势在必行。土体的本构关系是以土的应力应变关系为基础进行研究的,是在假设的前提下,在试验的基础之上建立起来的关于土体应力应变关系的数学关系表达式。试验研究表明,土体的物质组成及结构、应力路径和应力历史等均可对土体的本构关系产生不可忽视的影响。在众多的特殊性土类中,盐渍土由于土体中盐分的存在,使得土体在含水量较高的状态下,在经历冻融循环后土体的力学性质弱化现象更加显著。吉林西部属于季节性冻土区,在工程建设过程中冻融循环作用便是一个不可忽略的因素,因此,研究冻融循环条件下盐渍土的力学特性及本构关系具有重要的现实意义。另外,在盐渍土地区的岩土工程设计中一般采用常规应力路径下的应力应变关系,这与工程的实际情况难以相符,继而产生一系列的设计偏差,从而容易产生一系列的工程问题。解决此类工程问题亟需对盐渍土在不同应力路径下的力学特性及本构关系进行研究,从而为盐渍土地区工程建设中的岩土工程设计提供一定的理论基础。本文在多个国家自然科学基金的支持下,选择吉林西部乾安地区的盐渍土作为研究对象,对该地区盐渍土的力学特性及本构关系进行了深入的研究,本文主要的研究内容及成果如下:(1)通过地质资料收集、野外调查以及取样和室内试验对吉林西部乾安地区盐渍土的工程地质概况、土样的物质组成、工程地质性质以及压缩性等进行了分析研究。研究结果表明:吉林西部乾安地区位于季冻区,属于中温带大陆性季风气候。该研究区是典型的碳酸型盐渍土分布区,受地形气候及冻融循环的影响,盐渍化程度不断加重。研究区内分布有大面积的灰白色-白色的盐碱地,有盐分析出,导致地表植被稀疏。在强烈的蒸发作用下,很容易产生地表龟裂现象。研究土样为低液限粘土,主要由粉粒组成,砂粒以及粘粒含量较少,其矿物成分主要为原生矿物,属于非有机质土。研究土样的易溶盐总量为0.51%,阴离子以HCO3-和Cl-为主,不含CO32-,阳离子以Na+和Ca2+为主,其中Na+含量较高,p H值为7.72,呈弱碱性。研究土样的压缩曲线存在明显的转折点,其也是原状土样结构性发生破坏的点,转折点之前的下降速率与土体的结构性有关,之后的下降速率与土体的压缩性有关;研究土样属于高压缩性土。(2)研究了冻融循环作用下重塑盐渍土的固结不排水力学特性,发现10次冻融循环是重塑盐渍土固结不排水力学特征变化趋势发生改变的转折点。通过室内试验,选取吉林西部乾安地区的重塑盐渍土进行研究,制成标准三轴试样,依次进行冻融循环试验和固结不排水三轴剪切试验,对盐渍土的不排水剪切力学特性在冻融循环作用下的变化特征及机理进行研究。研究结果表明:在固结不排水条件下,随冻融循环次数的增加,土样的应力-应变关系曲线不断下移,且呈现出应变硬化的特征,说明不排水抗剪强度不断减小。土样的孔隙水压力曲线不断上移,随着轴向应变的增加,在低围压下,孔隙水压力有极值存在,在高围压时不断增加,最后趋于稳定,其极限孔隙水压力值随着固结围压的增加而增加。随着冻融循环次数增加,孔隙水压力系数不断增加,临界状态线不断下降,说明土样的固结程度不断降低。土样的有效应力路径曲线形态变化特征说明随着围压和冻融循环次数的增加,盐渍土的固结程度不断降低。总应力和有效应力两种抗剪强度指标的大小关系表现为c′cuφcu;在冻融循环作用下,两种抗剪强度指标均逐渐减小,其两种抗剪强度指标的降低幅度大小关系表现为:Δc′cu等p>减p。同一应力路径下的曲线,斜率是一样的,对于不同的固结围压,只是曲线相对位置不同,常规应力路径下,斜率为1;增p应力路径下,斜率为1/3;等p应力路径下,斜率为3;减p应力路径下,斜率为-1。对于同一固结围压,其在不同应力路径下抗剪强度的大小关系表现为:增p>常规>等p>减p。对于粘聚力和内摩擦角,固结条件对粘聚力c产生的影响较大,其对内摩擦角φ产生的影响较小;排水条件对粘聚力c产生的影响较小,相较于粘聚力c,其对内摩擦角φ产生的影响较大;应力路径条件对粘聚力c和内摩擦角φ均会产生较大的影响。(5)根据应力路径等效原理和加卸载准则,建立了原状盐渍土的应力路径本构关系。利用上部分的试验结果,根据应力路径微元等效原理,对增p和等p两种线性应力路径条件下固结排水三轴剪切试验的数据结果进行分析整理,之后对其进行数学描述,结合加卸载准则确定试样所处的加卸载状态,建立了原状盐渍土的应力路径本构关系。根据增p和等p应力路径下的应力-应变关系的全量关系,对其全量关系进行数学描述,获得应力应变关系的全量关系表达式;对其进行微分后,可求得两种微元应力路径下的增量关系表达式,将两种微元应力路径下的增量关系相加,从而得到原状盐渍土任一应力路径微元下应力应变关系的增量关系表达式;最后将模型的计算值与试验的实测值进行对比,两者的结果吻合度较高,说明建立的原状盐渍土的应力路径本构关系可以比较合理的反映盐渍土在不同应力路径下的变形和强度特性。