張新鴻

【摘 要】鹽漬土是對(duì)不同程度堿化、鹽化土壤（包括堿土、鹽土）的總稱。若巖土中所含易溶鹽超過0.3%，同時(shí)具有腐蝕、鹽脹、溶陷等性能，就為鹽漬土。本文以內(nèi)陸鹽漬土（細(xì)粒土）做為研究對(duì)象，在收集、整理、分析相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合公路鹽漬土工程的理論、實(shí)際發(fā)展，利用GDS三軸、離心模型、大尺寸模型、野外觀測(cè)等試驗(yàn)，對(duì)其力學(xué)特性、溶陷規(guī)律、鹽脹特征等進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。

【關(guān)鍵字】鹽漬土；細(xì)粒土；工程特性；溶陷；鹽脹

文章編號(hào)：ISSN1006—656X（2013）09 -0186-01

一、前言

我國(guó)西部地區(qū)具有獨(dú)特的氣候特征和自然地理環(huán)境，其鹽漬土分布廣泛，且多集中于扇間過渡地帶、細(xì)土平原區(qū)、干涸湖盆底。這些地區(qū)的地下水、地表水徑流、地形坡度均較緩，其具備形成鹽漬土的基本條件，其中最具代表性的就是新疆地區(qū)的鹽漬土。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，新疆地區(qū)的鹽漬土面積超過15萬平方千米，占據(jù)了新疆地區(qū)全部土地的9.5%左右。

在我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展下，鹽漬土巖土公路、鐵路工程也逐漸增多，我國(guó)在鹽漬土巖土公路工程建設(shè)方面，也有著豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并獲得了不少研究成果，此處不作贅述。本文的研究重點(diǎn)主要為細(xì)粒鹽漬土的力學(xué)特性、溶陷規(guī)律、鹽脹特征等。

二、物理力學(xué)特性研究

（一）GDS三軸力學(xué)分析

與其他土類相比，鹽漬土的固相體、液相體具有其獨(dú)特性，其固相體含結(jié)晶鹽，液相體為鹽溶液。鹽漬土的物理性質(zhì)也是由三相組成比關(guān)系來進(jìn)行表征的，同樣也可用顆粒比重、顆粒組成、含水量、濕重度、干重度、飽和度、孔隙比等指標(biāo)進(jìn)行表示。與非鹽漬土相比，鹽漬土的鹽類含量較多，當(dāng)鹽類溶解完全時(shí)會(huì)增大液體比重，而不會(huì)使液體體積增大，若溶解不完全，鹽分則會(huì)成為結(jié)晶體附著在土顆粒孔隙中。

在本次研究中，應(yīng)用了GDS三軸試驗(yàn)對(duì)含有不同鹽量、水量的鹽漬土進(jìn)行強(qiáng)度特性測(cè)試，分析不同含鹽量、含水量條件下，鹽漬土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果顯示：鹽漬土初始含水量的不同，其對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有著明顯差異。軸向應(yīng)變相同時(shí)，偏應(yīng)力與初始含水量呈負(fù)相關(guān)。這是因?yàn)橥馏w含水較多時(shí)，會(huì)使結(jié)晶鹽溶解從而降低土顆粒粘結(jié)力，減弱土體強(qiáng)度；而土體含水較少時(shí)，會(huì)使結(jié)晶鹽析出而促使土體膠結(jié)，從而提高土體強(qiáng)度。土體含鹽量變化與應(yīng)力應(yīng)變曲線變化規(guī)律，與含水量類似。若軸向應(yīng)變相同，偏應(yīng)力會(huì)隨初始含鹽量的增大而增大，其原因可能是含鹽量較高時(shí)，結(jié)晶體析出填充土顆?？紫?，發(fā)揮出膠結(jié)作用，增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度。

（二）室內(nèi)模擬探析水鹽遷移規(guī)律

路基土鹽脹的發(fā)生原因與土體膨脹、結(jié)晶體脹、硫酸鈉聚集均有關(guān)系。鹽水遷移聚集的重要條件是低溫作用、水汽蒸發(fā)和毛細(xì)水上升。硫酸鈉的遷移會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶，這些聚積結(jié)晶會(huì)附著于土顆粒接觸點(diǎn)上，其是增加鹽脹，導(dǎo)致土體破壞、變形的關(guān)鍵因素。土體鹽脹是化學(xué)、物理變化的綜合表現(xiàn)，其具體表現(xiàn)為土體結(jié)構(gòu)收縮、膨脹或重整，土體應(yīng)變率、分散性增加，土體強(qiáng)度降低，縮短公路壽命。

本次研究以喀什地區(qū)的低液限黏土鹽漬土為研究對(duì)象，應(yīng)用室內(nèi)模擬方法，模擬春天升溫、冬季降溫過程，對(duì)試樣的水鹽遷移規(guī)律進(jìn)行分析研究。研究結(jié)果顯示：試樣在3次凍融循環(huán)中，中間層的水分均明顯朝冷端遷移，4、5層的水分則僅有微弱遷移。冷端的遷移量最大，其原因是冷端溫度跨度大，加之土體含鹽量較多，冰點(diǎn)較低，所以水分會(huì)由高溫端遷移至低溫端。冷端附近的氯離子由2層遷移至1層，其原因是冷端水分遷移量大，氯化鈉溶解不會(huì)較多地受溫度影響，故氯離子會(huì)與水分一同遷移至冷端。

三、鹽脹特性研究

鹽漬土鹽脹的發(fā)生原因是：隨著外界條件的變化，土體中的硫酸鈉（粉末狀或液態(tài)）會(huì)吸水產(chǎn)生結(jié)晶體，結(jié)晶填補(bǔ)土顆?？紫对斐赏馏w膨脹所致。由于硫酸鈉溶解度的溫度敏感性較強(qiáng)，所以溫度變化會(huì)促使硫酸鈉結(jié)晶。其溶解度曲線如圖一所示。

圖一 硫酸鈉溶解度與溫度關(guān)系曲線圖

從圖一可知，當(dāng)溫度低于32.4℃時(shí)，硫酸鈉溶解度與溫度變化呈正相關(guān)，而當(dāng)溫度高于32.4℃時(shí)，溶解度會(huì)隨溫度的升高而降低。在32.4℃以下，液態(tài)的或固態(tài)的硫酸鈉都會(huì)吸水，成為芒硝晶體，與污水硫酸鈉相比，芒硝晶體的體積是其3.1倍。引起路基土鹽脹的最直接原因是巖土所含硫酸鈉發(fā)生了遷移聚集，其是鹽脹的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。與路基土體相比，自然地面的蒸發(fā)作用更強(qiáng)烈，硫酸鈉遷移聚集現(xiàn)象更明顯，而路基在路面覆蓋作用下，土體的蒸發(fā)強(qiáng)度大為減弱，其鹽分遷移的作用因素主要為土體毛細(xì)水上升、低溫作用，所以路基土體的鹽分遷移聚積具有一定的規(guī)律，鹽分聚積需在多次降溫作用下才可形成。鹽漬土鹽分遷移具有以下規(guī)律：從高溫向低溫遷移；遷移強(qiáng)度為Ca2+

四、溶陷變形規(guī)律研究

溶陷變形是指天然鹽漬土受附加壓力、自重壓力作用，在被水浸濕后所發(fā)生的土體變形。溶陷變形有2種類型：一種是短時(shí)間的靜水溶陷，土體浸水后，結(jié)晶鹽會(huì)全部或部分溶解，導(dǎo)致土體強(qiáng)度減弱，顆粒結(jié)構(gòu)重排，發(fā)生溶陷，其溶陷程度與鹽分含量、性質(zhì)，土體原始結(jié)構(gòu)及浸水量有關(guān)；另一種是長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)水溶陷，土體受滲流作用，部分顆粒被帶走而形成潛蝕。發(fā)生潛蝕后，會(huì)增加土體空隙，土體在荷載、自重作用下會(huì)發(fā)生溶陷變形。鹽漬土溶陷與其他土體沉陷的最大區(qū)別就在于土體侵蝕溶陷，其也是導(dǎo)致鹽漬土溶陷的最主要因素。潛蝕作用的程度、發(fā)展主要與土體所含鹽分種類有關(guān)，若土體鹽分主要為易溶鹽，潛蝕作用發(fā)展較快；若鹽分主要為難（中）溶鹽，潛蝕的發(fā)展則相對(duì)較慢。

本次研究應(yīng)用了雙線法，對(duì)鹽漬土溶陷系數(shù)與含鹽量、含水量的關(guān)系進(jìn)行了分析，部分試驗(yàn)還應(yīng)用了單、雙線兩種方法，以總結(jié)溶陷規(guī)律。試驗(yàn)樣品取自石河子地區(qū)一級(jí)公路的天然鹽漬土。試驗(yàn)結(jié)果顯示：氯鹽漬土的溶陷系數(shù)與土體初始含水量呈負(fù)相關(guān)，且在壓力的不斷增大下，這種規(guī)律表現(xiàn)越明顯；隨著土體含水量的逐漸增大，硫酸鹽漬土的溶陷系數(shù)逐漸減?。宦塞}漬土、硫酸鹽漬土二者的溶陷系數(shù)在壓力達(dá)到一定值時(shí)，均可達(dá)到峰值；氯鹽漬土、硫酸鹽漬土的溶陷峰值壓力均與土體含水量呈負(fù)相關(guān)，但是硫酸鹽漬土的壓力變化更小。