硫酸盐侵蚀水泥改良土膨胀是一种特殊类型的土体膨胀,由于水泥与硫酸盐发生化学反应生成膨胀性晶体引起。目前,国内外已有多处路基发现硫酸盐侵蚀膨胀导致的上拱问题,造成严重危害。鉴于硫酸盐侵蚀水泥改良土膨胀机理以及变形规律研究的不足,论文以内陆硫酸盐地区工程应用实际以及建设需求为背景,依托国家自然基金面上项目(51778624)《硫酸盐侵蚀掺水泥级配碎石时变膨胀机理研究》与自然基金青年科学基金项目(D010104)《季节冻土区含盐水泥稳定碎石集料侵蚀膨胀的宏细观机理研究》,通过现场监测、取样试验、细观及矿物成分分析、室内模拟试验等手段,结合理论分析、系统实验进行深入分析,对硫酸盐侵蚀水泥改良土膨胀机理、变形规律、上拱特征、工程特性开展研究。1.在硫酸盐侵蚀反应生成晶体固相体积增大化学理论基础上,针对硫酸盐侵蚀膨胀现场填料以及室内模拟土样,采用扫描电镜细观形貌分析以及X光衍射矿物分析等多类技术,研究了硫酸盐侵蚀膨胀各类反应物、生成物的细观形貌及其分布形态,结合硫酸盐侵蚀反应固-液二相系多层结构,提出了硫酸盐侵蚀膨胀细观机理。钙矾石、硅灰石膏晶体形成过程中吸收水盐固相体积增大,多个晶体沉积于固体颗粒表面形成一定孔隙的簇状体使得土体颗粒相互排斥引起硫酸盐侵蚀水泥改良土膨胀。2.针对室内配置标准水泥改良土以及现场硫酸盐侵蚀膨胀土样,建立标准试验方法开展单一因素硫酸盐侵蚀膨胀模拟试验,从土体结构、反应环境以及矿物组分三个方面对硫酸盐侵蚀膨胀因素及其变形规律进行深入研究。高PH值的碱性环境和相对潮湿的水环境是硫酸盐侵蚀膨胀必要的环境条件,土体中硫酸盐含量以及颗粒粒度以及矿物成分是影响膨胀变形的关键性因素。3.在水盐运移的理论基础上,通过取样检测研究了典型干旱气候条件下路基硫酸盐含量纵向分布特征,通过迁移模拟试验分析了温湿度梯度下硫酸盐迁移分布特性。依据水泥改良土硫酸盐侵蚀反应中离子析出—化学反应—晶体沉淀—离子迁移的膨胀过程,建立了硫酸盐侵蚀水泥改良土膨胀时变物理模型,明晰了硫酸盐侵蚀膨胀各过程变形速率的关键性指标。4.针对典型硫酸盐侵蚀膨胀路基上拱工点开展变形监测以及取样化验分析,研究了硫酸盐侵蚀膨胀路基病害特征,上拱区段,膨胀层位以及矿物成分特征。硫酸盐侵蚀水泥改良土路基段上拱特征表现为长达数年的长期持续上拱变形以及寒季变形较快的季节性变形特性,分析了硫酸盐侵蚀膨胀特征与冻胀、膨胀土泥岩膨胀、硫酸盐盐胀的异同。5.综合相关研究成果以及现有标准,提出了针对水泥改良土侵蚀膨胀的填料硫酸盐含量与硫酸盐环境侵蚀标准以及基于总硫含量的硫酸盐含量检测要求。在硫酸盐环境下需严格控制水泥改良填料中硫酸盐含量并结合防止盐类迁移阻隔措施,避免硫酸盐侵蚀危害。论文研究成果对于明晰硫酸盐侵蚀水泥改良土机理,分析硫酸盐侵蚀膨胀变形规律,完善水泥改良土相关标准,指导硫酸盐环境下水泥改良填料设计以及路基工程建设,具有重要意义和工程应用价值。