胡爭，陳克政，黃帥，柳艷杰，叢宇婷，丁琳,*

(1.黑龍江大學 水利電力學院，哈爾濱 150080；2.東北林業(yè)大學 工程技術學院，哈爾濱 150040；3.黑龍江大學 建筑工程學院，哈爾濱 150080)

0 引言

鹽漬土是鹽土和堿土及各種鹽化、堿化土的總稱，我國公路領域中對鹽漬土的定義為：巖土中易溶鹽含量大于0.3%，并具有溶陷、鹽脹和腐蝕等工程特性的土[1]。在鹽漬土地區(qū)工程建設過程中遇到的問題引發(fā)人們關注[2]。王燕儒[3]研究指出，鹽漬土給公路工程造成的危害主要有：路基溶陷與潛蝕、路基次生鹽漬化、路面翻漿、路面變形、瀝青面層起皮、網裂以及脫落等；蔡云波[4]研究指出，在公路工程中，鹽漬土的存在易導致路基出現軟土病害，從而造成路面出現鹽脹、翻漿和溶陷現象；賀廣明[5]研究提出，鹽漬土鹽脹是鹽漬土地區(qū)道路主要病害之一，其對道路的破壞形式主要表現為：路肩及邊坡松散剝蝕,路面產生不均勻變形,形成波浪、鼓包,使得路面的平整度嚴重下降。此外，劉端鋒等[6]提到漬土的巖土工程問題必須因地制宜處理。另外，對于一些土壤鹽漬化熱點地區(qū)，東北松嫩平原鹽漬化的發(fā)生受到重視[7]。我國十四五期間推動實現東北地區(qū)的基礎設施振興，為避免在建設過程中工程受到鹽漬土問題的影響，因此，東北地區(qū)的鹽漬土問題成為巖土研究領域的熱點。

在研究重塑鹽漬土的物理性能過程中，往往需要對鹽漬土進行一定的處理以改變鹽漬土中易溶鹽含量，常見的重塑鹽漬土制分為2種方法，即洗鹽法和摻鹽法。

洗鹽法是利用去離子水反復浸泡使得土中鹽分溶于去離子水中并隨水分排出。例如，朱杰[8]通過向其所取土樣中加入蒸餾水，進行洗鹽處理，以得到非鹽漬土；又如，Sastre-Conde等[9]用2%的CaCl2清洗鹽漬土。

摻鹽法是取得非鹽漬土土樣進行摻鹽處理，以控制土中含鹽量。例如，周琦等[10]以非鹽漬土作為原料土，稱取一定質量的粗鹽溶于水中，拌和均勻以制備出人工鹽漬土。LV等[11]在平原土壤中加入無水硫酸鈉以得到不同含量的鹽漬土。

使用摻鹽法開展重塑鹽漬土研究其代表性較差，不能反映研究區(qū)鹽漬土真實情況。而對于洗鹽法，由于洗鹽過程中土樣往往會發(fā)生一系列的物理化學性能變化，同樣不能代表研究區(qū)鹽漬土真實性能。文桃[12]將硫酸鈉溶于水后拌入干土中以得到仿制天然黃土狀硫酸鹽漬土，試驗發(fā)現黃土狀硫酸鹽漬土的擊實性能會受到含鹽量的影響。

為了還原某研究區(qū)鹽漬土真實性能，開展鹽漬土洗鹽前后物理性能變化試驗研究，量化洗鹽對鹽漬土工程性能的影響顯得十分重要。本文開展大慶鹽漬土洗鹽前后物理力學性能相關試驗測試，綜合分析洗鹽對其力學性能的影響，為重塑鹽漬土試樣配置以及建設工程實踐提供理論參考依據。

1 研究區(qū)概況

氣候條件是影響土壤鹽漬化的重要因素之一，試驗土取自黑龍江省大慶市杜爾伯特地區(qū)，杜爾伯特蒙古族自治縣地處松嫩平原，位于溫帶半濕潤氣候向溫帶半干旱氣候過渡帶，屬中溫帶大陸性氣候，年降水量350～550 mm，年蒸發(fā)量1 100～1 850 mm，蒸發(fā)量是降水量的3～4倍，在強烈蒸發(fā)作用下，低洼處潛水中的鹽分不斷地運積地表，形成土壤鹽漬化。近20 a來氣溫逐年升高，平均升高了2～3 ℃。蒸發(fā)量增大，加速了土壤的鹽漬化進程，而降水量有減少趨勢，造成一部分濕地退化成鹽堿地[13]。

松嫩平原在侏羅紀晚期至白堊紀初期形成，中生代的斷裂構造促進了松嫩平原的發(fā)育，使松嫩平原的規(guī)模不斷擴大，又受到四周斷裂帶的活動影響，使得地形長期進行升降活動。之后地質構造以沉降為主，沉積物包含大量的可溶鹽和石灰[14]。

大慶地處深季節(jié)凍土區(qū)，位于松嫩平原北部，小興安嶺東部，大興安嶺南部，該區(qū)域廣泛分布著碳酸鹽漬土[15]。根據前期對該區(qū)域的勘察結果，最終選定大慶市杜爾伯特蒙古族自治縣鹽漬化特別嚴重的鹽漬土作為研究對象。取回所需土樣后，按照本次試驗要求，將土樣進行6等分。

2 洗鹽前后試驗方法及其結果

2.1 洗鹽方法

將前期所取土樣放入土樣桶內，加入適量的去離子水，攪勻，靜置24 h后，若水依然渾濁，須繼續(xù)靜置24 h，直到其澄清，然后再用橡皮膠管吸取過濾掉上層清水，待其完全抽出，再向土樣桶內加入相應質量去離子水，將上述步驟重復7 d[16]。

2.2 洗鹽前后含鹽量測定

含鹽量測定方法：本次試驗采用烘干法。操作步驟：將風干土樣過2 mm的土工篩，稱取土樣，加入蒸餾水進行溶水，然后將瓶口塞緊，震蕩3 min后抽氣過濾，得到土壤提取液，再立即密封進行土壤可溶性全鹽的測定。此次試驗測試方法為烘干殘渣-質量法，吸取出一定量的土壤浸提液，將其烘干之后稱重，求得鹽的含量，并重復測定2次，將3次試驗結果進行平均[17]。

含鹽量計算公式為：

(1)

式中：S為易溶鹽總量，g；m1為蒸發(fā)皿和烘干殘渣總質量，g；m2為蒸發(fā)皿質量，g；Vw為制取浸出液所加純水量，mL；V1為吸取浸出液量，mL；md為烘干土質量，g；m為風干土質量，g；w為風干含水率，%。

經過計算可得，所取試驗土的洗鹽前含鹽量1.12%，洗鹽后0.082%。

2.3 洗鹽前后鹽漬土粒度組成與比表面積

土的粒度成分指的是土粒的大小及其組成，通常用顆粒分析方法對其粒度成分進行了分析[12]。有效粒徑(D10)是指粒徑分布曲線上小于該粒徑的土含量占總土質量的10%的粒徑；限制粒徑(D60)是指粒徑分布曲線上小于該粒徑的土含量占總土質量的60%的粒徑；不均勻系數是指反映土顆粒粒徑分布均勻性的系數，定義為限制粒徑(D60)和有效粒徑(D10)比值[18]。此次試驗儀器為激光粒度分析儀(型號為MASTERSIZER 3000)，試驗結果如圖1所示。

圖1 洗鹽前后粒度組成對比圖

由圖1顆粒分析結果可知，大慶杜爾伯特地區(qū)洗鹽前鹽漬土的大粒徑土顆粒含量高于洗鹽后的大粒徑土顆粒含量，同時相較于洗鹽前，洗鹽后小粒徑土顆粒含量增加。

通過統計洗鹽前后各粒組含量占比，得到表1。

表1 洗鹽前后各粒組含量

從表1可以看出，洗鹽后土樣的比表面積低于洗鹽前的比表面積，各粒組百分含量也有一定的變化，且土體性質發(fā)生改變，由粉質黏土變?yōu)榉弁痢?/p>

2.4 洗鹽前后液塑限試驗

本次試驗所采取的試驗方法是液、塑限聯合測定法。

試驗步驟：取烘干土樣過0.5 mm篩，稱取篩下土,分為3份，對各土樣依次加入適量蒸餾水，分別測定塑限、液限；然后，將加水土樣攪拌均勻密封放置24 h，采用烘干法測量其含水量。液塑限聯合測定取點為3點[19]。試驗結果如圖2所示。

由圖2可知，洗鹽前2 mm處塑限為15.6%，17 mm處液限為30.1%，洗鹽后2 mm處塑限為11.3%,17 mm處液限為20.2%。洗鹽后的液、塑限較洗鹽前都有不同程度的降低。

圖2 洗鹽前后液、塑限值

2.5 洗鹽前后擊實試驗

最大干密度ρdmax是擊實曲線上峰值的一點，此時對應的土體含水量為最優(yōu)含水率ωopt，此物理量表示在一定的擊實荷載下，土達到最大干密度時的含水量。

試驗步驟：此次試驗采用輕型擊實儀，在擊實筒內涂一薄層凡士林，然后將擊實筒放在堅實水平地面上，裝好護筒，對試驗土分3層擊實。如圖3所示。

由圖3可知，洗鹽后土體最大干密度增大，最優(yōu)含水率減小，擊實曲線向左上方移動。

圖3 洗鹽前后擊實曲線

2.6 洗鹽前后三軸試驗

土體的抗剪強度是代表土體的一項重要力學性質，體現土體性質與特征，而土體的抗剪強度取決于土的內聚力c與內摩擦角φ[20-21]。因此，通常用這2個值來研究鹽漬土強度參數變化。

本次試驗采用的是高級凍土動靜態(tài)三軸測試系統(型號為DYNTTS)將土樣制作成標準三軸試樣(試樣高度為80 mm，直徑為39.1 mm)。采用不固結不排水剪切(UU)試驗，對洗鹽前后2組土樣的抗剪強度指標進行測定，對洗鹽前后土樣在不同圍壓下抗剪強度的變化進行對比分析，三軸試驗圍壓分別為100、200、300 kPa；剪切速率為0.08 mm/s，三軸試驗結束條件為應變達到20%。測定洗鹽前后土樣試驗結果如圖4—圖5所示。

圖4 洗鹽前試樣三軸試驗曲線

圖5 洗鹽后試樣三軸試驗曲線

由圖4和圖5可知，在三軸試驗中，應變增加時，應力也隨著增加，其中，圍壓為100、200、300 kPa時，曲線一直增加且無峰值，應變曲線呈硬化型。將15%的軸向應變對應的應力取做破壞點，隨圍壓增大，表現出明顯的壓硬性，即土樣的變形模型或剛度隨圍壓的增大而增大，測出抗剪強度指標見表2。

表2 洗鹽前、洗鹽后試樣抗剪強度指標

從表2可得知，洗鹽后的土體黏聚力低于洗鹽前土樣，內摩擦角高于洗鹽前土樣。

3 討論

(1)經過洗鹽處理，土樣中的含鹽量會降低，同時，土樣中的大粒徑土顆粒含量減小，小粒徑土顆粒含量增加，這說明，洗鹽作用使得大粒徑的土顆粒分離為小粒徑的土顆粒，這就使得原狀土的級配屬性發(fā)生了改變。并且，在洗鹽之后，土樣比表面積降低，這就會造成土顆粒之間的接觸面積減小，導致土體的黏聚力減小，而洗鹽之后的黏粒所占比例增加了，這就使得土顆粒之間的空隙變小，導致土體的內摩擦角增大。

(2)通過液塑限試驗可以看到，在洗鹽之后，土樣的液、塑限均有不同程度的降低，吸附結合水的能力是土的黏性大小的標志，同時，弱結合水是使土有可塑性的原因。塑限是判別強結合水和弱結合水的分界線，土樣含水率達到液限值，土樣則由可塑狀態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)(流態(tài))，土樣中留存的自由水可起到潤滑作用。塑性指數的降低表現為土體黏稠度的降低，這也造成土體的黏聚力降低，且防水性能也有所降低。所以，在擊實作用下，隨著含水率的增大，土樣更容易擊實，因此，擊實曲線才會向左上方移動。

(3)鹽顆粒在密實與松散的土骨架結構中的存在形式有密實結構和松散結構[22-24]。根據三軸實驗結果可以得到：由于洗鹽作用，土體性質發(fā)生變化，土樣從粉質黏土轉變?yōu)榉弁?，這使得土體的黏聚力減小，內摩擦角增大。

4 結論

(1)東北地區(qū)碳酸鹽漬土中的含鹽量較高，在經過洗鹽試驗之后，鹽漬土含鹽量減小，由鹽漬土變?yōu)榉躯}漬土。

(2)土體的大粒徑土顆粒含量減小，小粒徑土顆粒含量增加，顆粒百分含量小于0.005 mm的變化尤為明顯，增加了約5%，且洗鹽后土樣的比表面積降低，降低約8%，洗鹽造成土樣的液塑限也有所降低，其中，液限降低最為明顯，由30.1%降為20.2%。最大干密度增加了0.075g/cm3，最優(yōu)含水率降低了1.96%，土體級配屬性發(fā)生改變，土體性質發(fā)生改變，由粉質黏土變?yōu)榉弁痢?/p>

(3)同時，由于洗鹽造成的土體中比表面積降低，黏粒所占比例增加，使得洗鹽后的土體黏聚力降低，但內摩擦角增大。通過三軸試驗可以知道，洗鹽后黏聚力損失近40%，內摩擦角增加約28%。而在工程實踐當中，對于經過洗鹽處理后的鹽漬土，往往高估了鹽漬土的黏聚力，同時，也低估了內摩擦角的增大。所以，在今后的工程實踐中，應當謹慎考慮鹽漬土黏聚力及其內摩擦角的變化情況。

(4)另外，本次研究只是洗鹽之后所做的物理特性的初步研究成果，對于鹽漬土洗鹽前后的微觀指標以及其他物理力學特性還需要做進一步的深入研究。