维普资讯 http://www.cqvip.com ・４６・ 全国中文核心期刊 路基工程 ２００７年第１期（总第１３０期） 冻融循环对含盐土层强度参数影响的试验分析 郭菊彬 宋吉荣 王 鹰 （西南交通大学峨眉校区土木工程系 四川峨眉６１４２０２）（西南交通大学土木工程学院） 摘要 以格尔木含盐土为样品，在室内试验条件下，研究了冻融循环下土体强度参数的变 化规律。结果表明，经冻融循环后土体的粘聚力和内摩擦角都随冻融次数的增加而减小，土体微 观结构的变化导致了土体强度参数的变化。 关键词冻融循环舍盐土层强度参数 ２３．６—６８．０ ｍｍ，年蒸发量２ ３８６．０～２ ９２７．７ ｍｍ。 １前言 年平均湿度２３％，极端最高气温为３５．５℃，极端 随着我国西部大开发的进行，许多重大工程如 最低温度一２８．４ ｏＣ，日差温度在２０ ｃＩ＝以上。 青藏铁路、兰新铁路、兰新公路等重大交通建设及 城镇建设，都要遇到含盐地层。含盐地层的工程性 ３室内试验 质不仅与含水量、含盐量、密实度等有关，更多的 （１）试验土样制取时采用最优含水量 是受环境因素的影响和控制…。西北地区早晚温 １５．５６％，最佳干密度１．７４ ｇ／ｃｍ ，给土样（含盐 差大，晚上温度降低、白天温度升高这个过程会引 量为７．３６％）中加入无水硫酸钠和无水硫酸钙， 起土体强度发生变化，其作用过程与冻融循环相 每次掺加量为０％、２％、５％、８％和ｌＯ％，每 似。因此，研究冻融循环下土体强度参数的变化规 种含量下各配置３组。之后采用单层夯实仪夯实， 律对工程的设计施工有指导作用，对盐渍土地区的 锤重２．５ ｋｇ，落距３０ ｃｍ，下击２５次，并用剪切环 工程病害治理也有实际意义。 刀削出试验土样，共８Ｏ个。削好的土样立即用塑 料薄膜包好，防止水分损失，放进冰箱冻结，温度 ２土样的自然地理条件 为一１Ｏ℃。冷冻２４小时取出，恢复至室温，然后 试验土样取自格尔木一西宁公路收费站前２ 取不同含盐种类和含盐量各４个土样进行直剪试 ｋｍ的线路右侧１００ ｍ，距格尔木市中心约１０ ｋｍ， 验，测试强度参数及温度，再将剩下的士样放入冰 靠近察尔汗盐湖。该地平坦，地表生长少量杂草， 柜中循环前面的步骤。 有明显盐结晶和坚硬盐壳。格尔木地区属于典型的 （２）试验得到的粘聚力ｃ和内摩擦角妒值见 高原性气候，海拔２ ８００ ｍ，年平均降雨量 表１。 表ｌ 冻融循环下强度参数变化表 （３）粘聚力Ｃ和内摩擦角 与冻融循环次数 冻融循环后粘聚力和内摩擦角都随冻融次数的增加 的关系曲线如图１一图４所示，每次剪切试样的室 而减小，且主要减小阶段在第１、２次循环，随着 内温度为２３．５ ｃｃ～２３．７℃。从表１和图１～４可 冻融次数的增加，曲线变化趋于平缓。加入ＣａＣ１ 以看出，无论向土中加入ＣａＣ１：还是Ｎａ ｓ０ ，经过 每次循环时，粘聚力减小０一１．１２ ｋＰａ，内摩擦角 减小０．２９。一４．７８。；加入Ｎａ２Ｓ０４每次循环时，粘 郭菊彬，女，硕士研究生。 聚力减小Ｏ．１２—７．４３ ｋＰａ，内摩擦角减小Ｏ．２９。一 维普资讯 http://www.cqvip.com 郭菊彬等：冻融循环对含盐土层强度参数影响的试验分析 ・４７・ 冻融循环次数 图１掺加ＣａＣＩ 后粘聚力变化图 图２掺加ＮａｚＳＯ４后粘聚力变化圈 搬 辫｝ 世 冻融循环次数 图３掺加ＣａＣＩ２后内摩擦角变化图 辎 髓 翟 冻融循环次数 圈４掺加ＮａｚＳＯ 后内摩擦角变化圈 ４．７３。；三次循环以后，前者粘聚力和内摩擦角减 小最多分别为２．４７ ｋＰａ、６．４６。，后者分别为１４．１ ｋＰａ、８．５ｌ。。通过试验数据比较可以发现，土中加 入等量的ＣａＣ１ 和Ｎａ Ｓ０ ，粘聚力和内摩擦角减小 程度前者比后者小，且在相同的循环次数下，土样 强度参数的减小程度随ＣａＣｌ：掺量的增大相对较 小，而Ｎａ Ｓ０ 的情况恰好相反。 ４试验结果分析 （１）试验过程中土体存在温度梯度，导致了 土体中水分和盐分有一定的迁移＿２］，这时土体颗 粒间的相互位置和变形比以前有很大不同；土体恢 复到室温后，由于温度场、毛细水、薄膜水等作 用，下一次降温时，第一次冻结过程中析出晶体的 地方，第二次冻结时不一定有晶体析出，以后的冻 融循环过程也是这样，每次盐分析出的位置要发生 变化。 （２）第一次冻结，ＣａＣ１２、Ｎａ２ＳＯ 结晶析出， ＣａＣＩ：结晶时一般体积不发生变化，而Ｎａ ｓ０ 结 晶时生成Ｎａ２ＳＯ ・ＩＯＨ。Ｏ，体积发生膨胀，使得土 粒间距增大，土颗粒发生错动，密实度减小，致使 强度下降；温度恢复至室温后，部分盐结晶溶解， 土颗粒之间失去支撑形成空缺，部分土颗粒回落到 孔隙间，另一部分土颗粒由于内摩擦阻力、粘结力 并不发生回落现象。从ＳＥＭ图片（本文略）可以 看出，第一次冻融循环后，土体颗粒大小不均匀， 细小颗粒胶结在一起，并与大颗粒接触，部分呈架 空孔隙排列和镶嵌的粒间孔隙排列，能明显看到土 中矿物晶体及土体中盐晶体的形状，说明冻融循环 后，土体中的盐分发生盐胀使得土体体积增大，当 盐晶体溶解后土体中留有大孑Ｌ隙，土体的密实度减 小，强度参数随之减小。 （３）第二次冻融循环过程中盐分的变化与第 一次类似，只是第二次冻融时结晶产生的结晶挤压 和体积膨胀都消耗在土体内部的孔隙中了，导致盐 分状态的变化对密实度的影响减小。ＳＥＭ图片显 示，土体中孔隙面积明显增大，且出现较多的大孑Ｌ 隙，能清晰地看到盐结晶的晶体，颗粒形状为凝 状、粒状及凝块团粒状，细小的颗粒凝集在一起， 呈镶嵌一架空排列，多以胶结一接触为主，说明土 体中孑Ｌ隙变多，土颗粒的回落量增大。所以，第二 次冻融后强度参数减小程度有所减小。 （４）第三次冻融影响与前两次一样，只是盐 分在结晶时对土体的密实度影响进一步减小。ＳＥＭ 图片对比分析发现，土体中大孔隙有所减少，而粒 问孔隙增多，能见到粘土中的片状矿物，呈架空一 镶嵌排列，多以接触一胶结为主，土体在溶解后强 度参数减小累计量增大缓慢。因此，冻融循环中强 度参数的减小大部分都发生在前两个循环。 维普资讯 http://www.cqvip.com 全国中文核心期刊 路基工程 ２００７年第１期（总第１３０期） 二灰稳定再生集料的抗压回弹模量试验研究术 王军龙 肖建庄 （西安铁路职业技术学院陕西西安 ７１０６００）（同济大学土木工程学院） 摘要采用石灰、粉煤灰及再生混凝土集料为原料，配制成二灰稳定再生集料，通过按不 同的配合比进行了干密度、含水率及３０ ｄ的抗压回弹模量等试验，并建立了相应的回归关系， 可供有关工程参考。 关键词再生混凝土集料二灰比再生集料的含量抗压回弹模量 ａｓｈ，简称ＲＳＬＦ），则不仅可以有效地节约天然资 前言 源，而且还有利于保护环境。本文从环保节能角度 抗压回弹模量是路面结构设计中的一个基本参 出发，拟对不同配合比的ＲＳＬＦ的３０ ｄ抗压回弹模 数，它的大小直接影响到路面材料的强度特征和应 量进行试验和研究，为其在道路基层中的应用提供 力一应变特征，进而影响到路面结构厚度的取值。 理论参考。 二灰稳定集料作为一种高等级的路面基层材料，以 其良好的力学性能、板体性、水稳定性和较好的抗 １试验方案设计 冻性等优点，已受到工程界的普遍认可。在二灰稳 １。１原材料 定集料的混合料中，若能将天然集料用废弃混凝土 水泥：采用３２．５级普通硅酸盐水泥，其表观 加工而成的再生集料…（Ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｇｇｒｅ— 密度３ １００ ｋｇ／ｍ ，细度３５０ ｍ。／ｋｇ，体积安定性合 ｇａｔｅ，简称ＰＣＡ）来代替，形成二灰稳定再生集料 格。 （Ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｂｙ ｌｉｍｅ ａｎｄ ｌｆｙ 石灰：采用钙质消石灰，有效ＣａＯ和ＭｇＯ的 含量为６１．２％，含水量２８％，品质Ⅱ级。 ｝上海市科学技术委员会重大科技项目（０４ＤＺ０５０ｄ￣）。 粉煤灰：采用电厂粉煤灰，其ＳｉＯ 和ＡＩ Ｏ３ 王军龙，男，讲师，硕士。 的含量为７５．６％，烧失量为８．１％，含水量为 （５）应该指出，本文所用的土样为氯盐渍土， 次数的增加而减小，且主要减小阶段在第一、二次 掺加的是不同的盐类（氯盐和硫酸盐），因此，掺 循环，曲线变化随冻融次数增加趋于平缓。 加ＣａＣＩ 后仍是氯盐盐渍土，而掺加Ｎａ ｓＯ 时随 （２）掺加等量的ＣａＣ１：和Ｎａ ｓＯ 后，强度参 着Ｎａ ｓＯ 量的增大，盐渍土将由氯盐类转变为硫 数减小程度前者较后者小；在相同循环次数下，随 酸盐类。根据研究，氯盐溶解于水后，随溶液浓度 着掺入量的增加，强度参数减小程度仍是前者 的增大使溶液的冰点降低，当溶液中ＣａＣＩ 浓度达 较小。 到ｌ５％时，溶液冰点为一ｌ０℃。因此，在本次试 （３）冻融循环使水分和盐分发生迁移，对土 验中当土样放入冰柜冷冻时，掺人ＣａＣＩ 的土样将 样孔隙分布、颗粒骨架的连结和密实度影响较大， 除去水冻胀对密实度的影响，同时ｃ１一的存在会减 从而使强度参数发生变化。 小ｓＯ：一的溶解度，且随ｃｌ一浓度的增大而减小， （４）建立土体宏观力学性质和微观结构的关 从而使得Ｎａ ｓＯ 的结晶膨胀影响减小 。图２、 系，将是今后更进一步研究含盐土层的新思路和新 方向。 图４中掺加２％、５％的Ｎａ ｓＯ 时，粘聚力和内 摩擦角曲线变化较缓，随着Ｎａ ｓＯ 掺量的增多， 参考文献 ｃｌ 的抑制作用减弱，曲线变化变陡；当掺加２％、 ［１］王鹰。谢强，赵小兵．含盐地层工程性能及其对铁路工程施 ５％的ＣａＣＩ 时，ｃｌ一浓度较小，也是图１、图３曲 工的影响［Ｊ］．矿物岩石。２０００，３１（１Ｏ）：８１—８５． ［２］方晓阳．２１世纪环境岩土工程展望［Ｊ］．岩土工程学报， 线变化较陡的原因之一。 ２０００，２２（１）：１～５． ［３］陈善．卢肇钧院士科技论文集［Ｊ］．中国建筑工业出版 ５结论 社。１９９７． （１）含盐土粘聚力和内摩擦角都随冻融循环 收稿日期：２００５—１０—２４
