冻融-干湿循环下硫酸盐渍土的宏微观响应研究

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宁夏地处西北内陆寒旱区,其降雨量少,蒸发量大的气候条件产生了大量的盐渍土,且在中部干旱带分布有较多的硫酸盐渍土。受季节性温度变化的影响,硫酸盐渍土所呈现的盐冻胀、融沉、溶陷等特性对工程建筑造成严重的破坏。这些破坏与硫酸盐的宏观强度劣化息息相关,而宏观强度与微观结构间又具有密切的联系。因此,为进一步完善和丰富该地区硫酸盐渍土的理论基础,有必要对硫酸盐渍土经历冻融-干湿循环后的宏观强度劣化规律及其与微观孔隙结构的响应关系开展研究。本文以宁夏红寺堡地区的硫酸盐渍土作为研究对象,在经过文献阅读和总结前人的研究成果的基础上。开展冻融-干湿循环试验、无侧限抗压强度试验、压汞试验以及电镜扫描试验。对该地区的硫酸盐渍土在不同氯硫比的条件下的宏微观规律进行了研究,并分析无侧限抗压强度与微观参数和孔隙分布的联系,对其进行定性和定量的分析。经过室内试验得出的宏观强度和微观参数进行分析,本文研究的主要结论如下:(1)随着含盐量的增加,无侧限抗压强度呈现先增后减的趋势,强度峰值出现在含盐量为1%~2%处。氯硫比相同时,随着冻融-干湿循环次数的增加,无侧限抗压强度逐渐降低,在第6次循环时劣化程度已达到总劣化程度的60%以上。氯盐对无侧限抗压强度的劣化抑制效果在冻融-干湿循环初期影响较显著,6次冻融-干湿循环后,氯盐对强度劣化的抑制作用开始减小,15次冻融-干湿循环后,对强度劣化的抑制作用明显降低。氯硫比越大,对冻融-干湿循环的强度劣化抑制效果越好,但冻融-干湿循环对强度的劣化作用要强于氯盐对强度劣化的抑制作用。(2)压汞试验得出的冻融-干湿循环后的土样均为大中孔,孔径在1~63um占比超过80%,微孔占比小于5%,小孔占比约为10%。孔径的峰值点大多都出现在中孔范围内,少部分孔径峰值在大孔范围内。当强度值较大时,孔径分布的频率峰值主要分布在6.3um附近,而强度较小时,其主要分布在4um附近。(3)微观参数分析表明,孔喉分布越均匀且孔喉偏粗的试样强度值较高;相对分选系数表明,随着冻融-干湿循环次数的增加,孔隙分选程度变差;结构系数表明孔隙的弯曲程度小,孔隙连通性强,渗透率较大。(4)相关性分析表明,微观参数与无侧限抗压强度的相关性呈现中低度相关,但在压实度为92%、氯硫比为0.3时出现较多高度相关。响应分析认为,无侧限抗压强度值不仅与最大连通孔径、中值孔喉半径和平均孔喉半径有关,更与各级孔径的占比、渗透率贡献率、孔喉分选程度、孔道的弯曲程度与连通状况紧密相关。(5)宏微观响应分析表明,微观均质系数和相对分选系数的值越小,特征结构系数的值越大无侧限抗压强度的值越高,且对强度影响程度由大到小依次为相对分选系数、微观均质系数、特征结构系数;由歪度、几何因子、结构优度、结构系数、分选系数可知,试样的孔喉偏粗、孔径分选程度较好的强度值越高。而对强度影响强弱程度的由强到弱依次为结构系数、分选系数、歪度、几何因子、结构优度。
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