硫酸盐渍土盐-冻胀率研究的工程特性及应用

徐学祖等(1996c)研究氯化钠、碳酸钠、硫酸钠盐土的盐-冻胀是土性质(土类、初始含水量、初始干密度、含盐量等)和外界因素(温度、压力和补水状况)的函数时,发现含氯化钠盐土盐-冻胀量随初始含水量增大而线性增大,与初始干密度、初始浓度和补给溶液浓度呈抛物线关系,随初始顶面温度降低呈线性减小,随冷却速度和历时增大呈平方根关系增大;含碳酸钠盐土盐-冻胀量与初始干密度呈抛物线关系,随初始浓度增大呈平方关系减小,随冷却速度增大呈平方根关系减小;含硫酸盐盐土盐胀量与初始干密度和初始浓度呈平方关系,冻胀量与初始浓度增大呈抛物线关系,随降温速度增大呈平方根关系减小。

以上对硫酸盐盐渍土的研究只建立了盐-冻胀与初始干密度、初始浓度、降温速度关系,但使用初始浓度指标建立盐-冻胀关系不太合理,因为盐渍土中某种盐的溶液浓度决定于土体含水量、含盐量(硫酸钠含量、氯化钠含量等)、试样成型温度(或溶解度)、试样成型温度的变化、盐的溶解度发生变化,进而影响溶液盐的浓度,所以初始浓度指标应分解成含水量、含盐量(硫酸钠含量、氯化钠含量等)、试样成型温度。

高民欢等(1997)开展了西安黄土掺氯化钠和无水硫酸钠的盐-冻胀试验,在含水量为12%～18%、硫酸钠含量为2%～5%,起胀温度为12～24℃,盐胀率与其影响因素的关系可用式(1.24)表示,即

式中:η为盐胀率,%;a,b为与土质、含水量、含盐量有关的常数;Δθ为起胀温度与土样的差值,℃。

经回归分析得到初始干密度为1.6g/cm3时的盐胀计算公式为

式中:η为盐胀率,%;为氯化钠含量,%;为硫酸钠含量,%;ω为含水率。

当硫酸钠浓度为7%～30%时,含氯化钠饱和溶液的硫酸钠盐渍土的盐胀剧烈变化温度区间为-6～-10℃,土中不含氯化钠的硫酸钠盐渍土的盐胀剧烈变化温度区间为-9～-20℃。降温速度随降温速率增大,盐胀率呈指数减小。成型温度为15～20℃时土体盐胀率最大。

硫酸钠含量小于1%时,盐胀率小于1%;硫酸钠含量为1%～6%时快速增长;硫酸钠含量为6%～9%时缓慢增长。当氯化钠的含量在2%～5%时,盐胀率随氯化钠含量增大而减小,当氯化钠大于5%后,盐胀率随氯化钠含量增大又略有增大,为抑制盐胀,土中氯化钠含量控制在5%以内为好。起胀含水率约为6%,随含水率增大,盐胀率增大并在含水率达到16%(略大于最优含水率)时,盐胀率达到极值。盐胀率随含水率的增大略有减小。(www.zuozong.com)

该试验的氯化钠和硫酸钠以固体形式掺配,不是以溶液形式掺配,在含水量较低,硫酸钠、氯化钠含量较大的试验条件下,部分硫酸钠无法溶于土体溶液中,这部分硫酸钠对土体盐-冻胀的试验研究不起作用,存在试验条件不统一的问题。

高江平、吴家惠(1997)研究揭示盐胀率与含水率、硫酸钠含量、初始干密度、上覆荷载均符合二次抛物线规律。

诸彩平、李斌、侯仲杰(1998)研究表明,含盐量小于1%时,引起破坏的主要因素是盐-冻胀,冻胀的发生加剧了盐胀的程度;当含盐量大于1%时,导致土体结构产生变形破坏的主要原因是盐胀。当含盐量小于1%时,在反复冻融条件下,其累加盐胀率与循环次数的关系为二次反函数曲线;当含盐量大于1%时,累加盐胀率与循环次数的关系为开口向下的二次抛物线。

石兆旭、李斌、金应春(1994)研究表明,土体孔隙大小不能表现为吸收盐胀的程度。

费雪良、李斌(1995)研究表明,盐胀率与初始干密度符合二次抛物线规律,盐胀率与初始干密度存在临界值。

朱瑞成(1989)、费学良等(1994)研究用扫描电镜观察了晶体在孔隙中的分布,进一步提出西安黄土含盐3%时,初始干密度为1.816g/cm3的盐胀率最小。

从上述研究可以看出,硫酸(亚硫酸)盐渍土盐-冻胀与各影响因素关系研究取得了很多成果,但存在试验影响因素确定不准确、试验条件不统一的问题,另外对硫酸(亚硫酸)盐渍土盐-冻胀率与初始干密度、硫酸钠含量、含水量、外界压力等关系的研究,硫酸(亚硫酸)盐渍土盐-冻胀力与初始干密度、硫酸钠含量、含水量关系的研究,硫酸(亚硫酸)盐渍土多次冻融盐-冻胀率与初始干密度、硫酸钠含量、含水量、外界压力关系的研究,建立盐胀预报模型的简化模式方面还很少或没有,有待于建立和进一步完善。