冻融循环条件下盐渍土冻胀盐胀影响因素及力学机理

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我国季节性冻土地区和多年冻土区分布了大量的盐渍土,季节性冻土地区特殊的温湿环境造成盐渍土累积变形是导致众多工程问题的主要原因,但盐渍土的变形破坏机理尚不十分明确。本文以青海大水桥区域盐渍土为研宄对象,取原位土样经过除杂、洗盐、烘干以及研磨过筛处理后进行室内多次冻融循环试验。对不同含盐量、不同含水率、不同干密度及两种含盐类型盐渍土冻胀变形规律、土压力变化规律进行系统的分析,为进一步阐明冻融过程中硫酸盐渍土变形破坏机理垫定坚实的基础。通过本文研究取得的结果如下:(1)土压力的变化反映了降温和升温过程中土体内部水盐相变产生的盐晶压力和冰晶压力综合作用结果,受到水分、温度、盐分、冻融循环次数等多种因素的影响。冻融过程中土压力主要经历了五个阶段,温度持续降低土压力反而减小,表明土压力只在晶体相变过程中产生。(2)对应于土体温度变化,冻融循环中盐渍土变形过程可以分为六个阶段。冻融过程中土体的含盐量较低时,土样变形主要为冻胀,盐胀累加性不明显;含盐量较高时,土样变形以盐胀为主,盐胀累加性越明显,五次冻融循环条件下,含盐量为1%-4%土样的累加变形量依次为1.48 mm、6.04 mm、7.76mm、12.05mm,表明适当控制含盐量能够有效防止冻融循环对土体的变形破坏作用。(3)孔隙水压力的变化反映了土体中未冻水膜厚度的变化。限制变形条件下孔隙水压力变化幅度随着冻融循环次数增加而逐渐降低。类比于非饱和土有效应力表达式,给出了冻结盐渍土的有效应力方程,很好地阐释了冻融过程中孔隙水压力及基质吸力的变化对土体变形影响。(4)冻融过程中土体中水盐结晶相变使得土压力与变形同时增大,且随着冻融循环次数的增加峰值土压力和盐胀变形逐渐增大,土压力的增大使得土样产生变形,但土压力的增大速率与土样变形量之间不满足线性关系,氯离子通过抑制土样中盐和水结晶产生的结晶压力,从而一定程度上抑制了土体的盐胀冻胀变形。
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