王婭娟

（河西學(xué)院土木工程學(xué)院，甘肅 張掖 734000）

1 引言

鹽漬土對(duì)工程危害大，工程中對(duì)于鹽漬土少的地區(qū)可通過換填土對(duì)地基進(jìn)行處理，張掖有些地區(qū)鹽漬土分布不均勻且分布面積非常廣，用換填的方式對(duì)鹽漬土進(jìn)行處理會(huì)增加工程造價(jià)。文中對(duì)不同含鹽量的土進(jìn)行剪切試驗(yàn)，觀察土顆粒的速度方向，內(nèi)部黏結(jié)力的分布，以及受剪過程中土體面上破壞趨勢(shì)和抗剪強(qiáng)度的大小。

張莎莎等[1]為了明確影響典型粗粒硫酸鹽漬土路基鹽脹特征的敏感參數(shù)，提出相關(guān)的敏感參數(shù)量化分析模型及其影響因素和因素之間交互作用的量化指標(biāo)。秦國(guó)俊[2]依托連霍高速（G30）新疆境內(nèi)小草湖至烏魯木齊段改擴(kuò)建工程，結(jié)合PDCA（計(jì)劃，執(zhí)行，檢查，行動(dòng)）循環(huán)找出了鹽漬土路基施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確定了該地區(qū)鹽漬土路基標(biāo)準(zhǔn)施工方法。劉輝[3]以我國(guó)西南部某不良地質(zhì)區(qū)的公路項(xiàng)目為例，針對(duì)季節(jié)性凍土區(qū)與鹽漬土路基的處置方法進(jìn)行分析，以期為不良地質(zhì)條件下的路基施工提供參考。王莉杰[4]通過室內(nèi)人工配制氯鹽漬土對(duì)不同含鹽量鹽漬土，對(duì)鹽漬土中水鹽遷移特性進(jìn)行分析研究。王亞強(qiáng)等[5]對(duì)不同細(xì)粒含量和鹽分供給源的水鹽遷移及時(shí)空分布特性研究，得出粗粒鹽漬土地區(qū)道路工程宜通過控制細(xì)粒土含量來抑制粗粒鹽漬土水鹽遷移。龔雨[6]對(duì)鹽漬土地基的特性，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀的分析，系統(tǒng)地總結(jié)了鹽漬土地基處理方法。黃雪峰[7]為了研究外界自然條件下的鹽漬土鹽脹特性與水熱傳遞變化特征，進(jìn)行了含鹽量和干密度單向控制下的室內(nèi)膨脹變形試驗(yàn)和為期一年的地基變形、地溫和含水率綜合監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出一系列相關(guān)結(jié)論。謝瀟[8]提到鹽漬土的分布范圍有可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，需要鹽漬土的特性進(jìn)行研究并對(duì)其提出防治。鹽漬土的鹽分含量與土的壓縮性、抗剪強(qiáng)度等密切相關(guān)[9，10]。

自上世紀(jì)80年代以來，專家和學(xué)者對(duì)鹽漬土的微觀結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成以及鹽漬土地基的溶陷性、鹽脹性和腐蝕性等巖土工程特性作了多方面的研究[11]，在頗多的鹽漬土特性研究中，針對(duì)張掖本地鹽漬土特性的研究甚少，基于此，文中對(duì)張掖本地區(qū)存在的鹽漬土進(jìn)行細(xì)觀形變的研究，對(duì)探索張掖地區(qū)工程鹽漬土防治措施提供一定的參考。

2 試驗(yàn)?zāi)M

2.1 離散元模擬

選取甘肅張掖地區(qū)的特殊土體鹽漬土作為研究對(duì)象，由于測(cè)定的土顆粒粒徑較小，常規(guī)的直剪試驗(yàn)無法直觀分析土顆粒的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)情況、土體剪切面的受力特點(diǎn)以及細(xì)觀受力分析等，所以，需要采用模擬試驗(yàn)的方式進(jìn)行研究與分析。PFC 5.02d軟件采用離散元法研究實(shí)際物體在外部因素的影響下的內(nèi)在受力、分布及形變特征等，采用PFC 5.02d，可通過編寫程序代碼，以及運(yùn)行代碼進(jìn)行外部演示，以此分析土體等的內(nèi)部受力情況。

2.2 模擬試驗(yàn)的方案

①鹽漬土均采用0.16的孔隙率，鹽漬土的粒徑大小設(shè)置在0.1mm～0.3mm之間，鹽漬土中的含鹽量采用2%、4%、6%、8%，并設(shè)置對(duì)照組，與0含鹽量的土體對(duì)比。

②得到剪應(yīng)力-剪切位移的關(guān)系，得出鹽漬土的抗剪強(qiáng)度隨含鹽量的變化。

2.3 顆粒模型和接觸模型

由于5.0版本的PFC中只能賦予模型一種接觸，考慮到該地區(qū)的鹽漬土特點(diǎn)為粘性土質(zhì)，接觸模型的類型均采用平行粘結(jié)模型，鹽漬土中的土顆粒與鹽顆粒均采用ball模擬。其中，鹽漬土中的鹽采用ball模擬，由于暫時(shí)沒有較好的方法完全體現(xiàn)鹽漬土中鹽的特性，只是減小了鹽顆粒的剛度，以滿足含鹽量過多將導(dǎo)致土體不良而發(fā)生沉陷的特性。

3 鹽漬土的直剪試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

由于本文采用的是二維軟件，根據(jù)直剪試驗(yàn)中土樣的大小，以實(shí)際土樣的側(cè)面剖面為基準(zhǔn)，設(shè)置模擬土樣的大小為長(zhǎng)61.8mm，高20mm，如圖1所示。

采用PFC中特有的墻體命令，參照實(shí)際試樣大小比例生成剪力盒，以便于進(jìn)行剪切的伺服控制，如圖2所示。

通過編程，進(jìn)行伺服控制，給予上部分墻體施加一定的速度以及一定圍壓（本文圍壓設(shè)置為200kPa），使墻體推移上部分土體，以達(dá)到剪切效果。圖3為剪切后的模型外觀。

圖1 鹽漬土虛擬模型

圖2 置于剪力盒的土體模型

圖3 受剪切后的模型

圖4為剪切過程中的顆粒速度云圖，可以看出上部分土體的位移方向整體向右，顏色較淺且一致，表明具有一定大小的速度，而下部分土體兩側(cè)顏色較深，且運(yùn)動(dòng)方向不固定，說明是受到了墻體的限制，并且也有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，說明上下土體間具有一定的剪應(yīng)力，通過墻體模擬的剪力盒是可行的。

圖4 剪切過程的顆粒速度方向云圖

圖5為粘結(jié)模型總的接觸力分布情況，圖中顏色越淺，表明粘結(jié)力越大，該處受破壞的程度就較大，則可以由粘結(jié)鍵的變化情況看出土體剪切面的破壞趨勢(shì)方向，這點(diǎn)將有助于對(duì)受剪土體的破壞方式做進(jìn)一步研究。

圖5 剪切過程中粘結(jié)接觸力的分布云圖

4 鹽漬土的抗剪強(qiáng)度分析

通過上述模型的修改，得到0%、2%、4%、6%、8%的不同含鹽量的鹽漬土試件模型如圖6所示。

圖6 不同含鹽量的鹽漬土模型

編寫history命令程序，對(duì)土體模型的內(nèi)部剪應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄并導(dǎo)出，得到0、2%、4%、6%、8%的不同含鹽量下，剪應(yīng)力隨剪切位移的關(guān)系曲線如圖7所示。

圖7 不同含鹽量的剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線

可以看出，剪應(yīng)力在前期隨剪切位移的增加而增加，剪切位移0～0.5之間其增幅很大，說明在剪切過程中，剪應(yīng)力是需要經(jīng)過一段剪切位移后才能達(dá)到較大的值。原因在于土中存在一定的孔隙，經(jīng)過一段位移，孔隙被逐漸壓密后，土體受到的剪力才會(huì)較大。而在之后，曲線開始下降，不再大幅度上升；在后期的曲線略有一定波動(dòng)，但變化幅度較小，說明剪切過程中土體的孔隙被壓密，剪切過程較為穩(wěn)定。

而對(duì)于不同含鹽量的關(guān)系曲線，可以明顯地看出，當(dāng)曲線進(jìn)入第一處波峰時(shí)，峰值大小是不同的，其大到小的順序?yàn)椋?＞2%＞4%＞6%＞8%。根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度理論分析，通過導(dǎo)出模擬曲線中各曲線的峰值，得到（表1）鹽漬土的剪應(yīng)力與含鹽量的關(guān)系，并將其整理為如圖8所示。

表1 不同含鹽量下的鹽漬土剪應(yīng)力大小

圖8 剪應(yīng)力峰值隨含鹽量的變化關(guān)系曲線

土體受到的剪應(yīng)力越大，其抗剪強(qiáng)度相對(duì)越大。從圖8中可以看出，抗剪強(qiáng)度大小隨含鹽量的關(guān)系為：0＞2%＞4%＞6%＞8%，即鹽含量越多，抗剪強(qiáng)度相對(duì)越小。結(jié)果可推導(dǎo)至實(shí)際工程中，由于鹽易溶解，造成土體的強(qiáng)度與剛度降低，鹽分的溶解，造成土中孔隙增加，使得土體的強(qiáng)度與密實(shí)性下降，抗剪強(qiáng)度降低。

5 結(jié)語(yǔ)

①選擇甘肅地區(qū)的鹽漬土為研究對(duì)象，通過編寫程序，生成了直接剪切試驗(yàn)的鹽漬土離散元模型，并分析了土樣在剪切過程中土顆粒的速度方向、內(nèi)部粘結(jié)力的分布，得到在受剪過程中土體的破壞面的破壞趨勢(shì)。

②通過對(duì)0、2%、4%、6%、8%含鹽量的鹽漬土的剪應(yīng)力與剪切位移的關(guān)系曲線分析，得出抗剪強(qiáng)度大小隨含鹽量的關(guān)系為：0>2%>4%>6%>8%，即鹽含量越多，抗剪強(qiáng)度相對(duì)越小。

③對(duì)鹽漬土細(xì)觀形變特性研究，為實(shí)際工程提供一些參考。