李治斌 蘇安雙 張曉東 劉利驕 劉春龍 丁琳 徐凡林 李震威

摘要：為探究凍融循環(huán)作用對固化鹽漬土抗壓性能的影響，考慮凍融循環(huán)次數(shù)、壓實(shí)度和含水率作為影響因素，對二灰固化鹽漬土進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗(yàn)，并建立二灰固化鹽漬土的損傷模型。結(jié)果表明，凍融前后二灰固化鹽漬土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均為應(yīng)變軟化型；固化土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量在第1次凍融循環(huán)后降幅最大，此后趨于穩(wěn)定；含水率低和土體壓實(shí)度高的試樣受凍融作用的影響小；土的含水率、壓實(shí)度和凍融循環(huán)次數(shù)與抗壓強(qiáng)度間存在非線性關(guān)系；建立的損傷模型可較好地表達(dá)土體應(yīng)力變化趨勢；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的三參數(shù)二灰固化鹽漬土損傷模型具有精度較好及使用方便的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：二灰固化鹽漬土；無側(cè)限抗壓試驗(yàn)；凍融循環(huán)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；損傷模型

中圖分類號：S773文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8023（2023）02-0139-09

Experimental Study on Roadbed Filling Improvement of Saline Soil

in Northeast China under Freeze-Thaw Cycle

LI Zhibin1， SU Anshuang2*， ZHANG Xiaodong3， LIU Lijiao1， LIU Chunlong4，

DING Lin1， XU Fanlin1， LI Zhenwei1

（1.School of Civil Engineering and Architecture， Heilongjiang University， Harbin 150080， China; 2.Heilongjiang Province

Hydraulic Research Institute， Harbin 150078， China; 3.Heilongjiang Longye Water Conservancy and Hydropower

Engineering Construction Co.， Ltd.， Harbin 150080， China;4.Suihua Water and Soil Conservation and Water

Conservancy Engineering Quality Monitoring Center， Suihua 152000， China）

Abstract：In order to explore the influence of freeze-thaw cycles on the compressive performance of solidified saline soil， unconfined compression tests were carried out on the lime-ash cured saline soil， considering the number of freeze-thaw cycles， compaction degree and water content as influencing factors， and a damage model of lime-ash cured saline soil was established. The results showed that the stress-strain curves of lime-ash cured saline soil before and after freezing-thawing were strain softening. The compressive strength and elastic modulus of solidified soil decreased the most after the first freeze-thaw cycle， and then tended to be stable. The samples with low water content and high soil compaction degree were less affected by freeze-thaw action. There was a nonlinear relationship between soil water content， compaction degree and number of freeze-thaw cycles and compressive strength. The damage model can well express the stress variation trend of soil. The damage model of three-parameter and lime-ash cured saline soil based on neural network had the characteristics of good accuracy and convenience.

Keywords： Lime-ash cured saline soil; unconfined compression test; freeze-thaw cycle; neural network; damage model

收稿日期：2022-09-16

基金項(xiàng)目： 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41071049）；凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目（SKLFSE201802；SKLFSE201919）；黑龍江大學(xué)研究生創(chuàng)新科研項(xiàng)目（YJSCX2022-237HLJU）

第一作者簡介：李治斌，碩士研究生。研究方向?yàn)閮鐾凉こ毯望}漬土改良。Email： lzb_980528@163.com

*通信作者：蘇安雙，博士，高級工程師。研究方向?yàn)楣こ虄鐾僚c寒區(qū)水利工程。Email： bridgecrete@ 163.com

引文格式：李治斌，蘇安雙，張曉東，等.凍融循環(huán)作用下東北鹽漬土地區(qū)路基填料改良試驗(yàn)研究[J].森林工程，2023，39（2）：139-147.

LI Z B， SU A S， ZHANG X D， et al. Experimental study on roadbed filling improvement of saline soil in Northeast China under freeze-thaw cycle[J]. Forest Engineering， 2023，39（2）：139-147.

0引言

鹽漬土是指易溶鹽含量大于0.3%的土體，在我國分布面積廣泛，具有鹽脹、溶陷和腐蝕性等特性[1]。同時，我國又是凍土分布面積的第三大國，凍土區(qū)的土體由于溫度季節(jié)變化會產(chǎn)生凍脹融沉作用，會進(jìn)一步引發(fā)各種道路工程問題[2]。東北鹽漬土主要以碳酸型鹽漬土為主，碳酸鹽漬土主要具有溶陷性，容易對道路路面和路基造成開裂、坍塌等破壞；且東北地區(qū)位于我國典型季凍土區(qū)，冬季寒冷干燥，夏季炎熱，更加劇了路基土的鹽脹和凍脹作用，尤其在春季，路基容易發(fā)生不均勻沉降，路面出現(xiàn)融陷變形和翻漿等現(xiàn)象[3-4]。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，水鹽結(jié)晶產(chǎn)生的晶體壓力是鹽漬土變形的主要原因[5-6]。在凍融作用下，Zhang等[7]發(fā)現(xiàn)鹽漬土的多項(xiàng)物理指標(biāo)發(fā)生了變化，強(qiáng)度明顯降低。李棟國[8]研究發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)次數(shù)、壓實(shí)度和含水率對鹽漬土的強(qiáng)度影響較大。

石灰和粉煤灰是常用的用于固化鹽漬土的無機(jī)材料。Locat等[9]提出用石灰對鹽漬土進(jìn)行改良，對改良后的物性指標(biāo)進(jìn)行了分析。徐永麗等[10]探究了凍融循環(huán)和不同溫度對石灰固化鹽漬土動力參數(shù)影響。程卓等[11]研究了凍融循環(huán)對粉煤灰改良鹽漬土抗剪特性的影響。事實(shí)上，研究發(fā)現(xiàn)，相較于單一固化二灰聯(lián)合固化效果更加明顯[12-13]。

為了研究高緯度季凍區(qū)路基填料的改良方法，同時鑒于對改良碳酸鹽漬土的損傷力學(xué)模型研究較少，本研究選取典型路基鹽漬粉質(zhì)黏土作為試驗(yàn)用土，為了使試驗(yàn)更具代表性，采用室內(nèi)配制鹽漬土的方式，以石灰和粉煤灰作為固化劑，選取凍融循環(huán)次數(shù)、壓實(shí)度和含水率3個影響因素進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗(yàn)，來探究固化鹽漬土的單軸力學(xué)特性；同時，由于傳統(tǒng)的利用數(shù)學(xué)模型擬合獲得損傷模型參數(shù)的方法較為繁瑣，因此基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型建立了二灰固化鹽漬土的損傷本構(gòu)模型，以期為鹽漬土地區(qū)的工程建設(shè)和鹽漬土的固化提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1試樣制備和試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)材料

（1）素土

試驗(yàn)土原料取自哈爾濱市典型粉質(zhì)黏土，其顆粒分布曲線如圖1所示，土樣的塑限為15.51%，液限為30.58%，塑性指數(shù)為15.07，為粉質(zhì)黏土，最優(yōu)含水率為17.8%，最大干密度為1.90 g/cm3。

（2）碳酸氫鈉

由于東北地區(qū)的鹽漬土多為碳酸型鹽漬土，呈弱堿性，且碳酸氫鈉是導(dǎo)致碳酸鹽漬土發(fā)生破壞的主要鹽分，故本次試驗(yàn)采用碳酸氫鈉作為人工配制鹽漬土的鹽分，根據(jù)李棟國[8]的研究，壓實(shí)度和含水率的變化對1.5%含鹽量鹽漬土的鹽脹和凍脹的發(fā)展影響較大，因此本研究含鹽量設(shè)置為1.5%。實(shí)驗(yàn)用碳酸氫鈉呈結(jié)晶狀粉末，NaHCO3含量不少于99.5%。

（3）固化材料

石灰為傳統(tǒng)的無機(jī)固化材料，不僅可以明顯提高土體的力學(xué)性能，還可提供破解粉煤灰玻璃體中的SiO和AlO鍵的OH-以及使粉煤灰活性激發(fā)、水化生成水硬膠凝性物質(zhì)所需要的Ca2+，是激發(fā)粉煤灰活性的必要條件。粉煤灰具有與石灰重結(jié)晶、促進(jìn)離子吸附與交換等作用，可使土體形成網(wǎng)狀連接，增強(qiáng)固化土強(qiáng)度。石灰和粉煤灰的基本物理化學(xué)參數(shù)見表1。

1.2試樣制備

將素土烘干碾壓后過2 mm篩，摻入1.5%的碳酸氫鈉并攪拌均勻形成重塑鹽漬土。根據(jù)文獻(xiàn)[14-15]，二灰摻量在15%且粉煤灰摻量為石灰摻量的2～4倍時固化效果最佳；又根據(jù)丁黔等[16]的試驗(yàn)結(jié)果分析，石灰進(jìn)行主要的水化反應(yīng)，摻量在3%時固化效果最佳。因此本研究選取二灰摻量為15%，二灰比為1∶4，即摻入3%的石灰和12%的粉煤灰。根據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程：JTG E51—2009》，按照一定的壓實(shí)度和含水率將固化劑摻入土料，調(diào)制好的固化土放入密封袋中密封24 h，之后將固化土料放入直徑50 mm、高度50 mm的圓柱體模具中，利用壓力機(jī)（1 mm/min加壓速率）壓制成試樣，每種配合比試樣制作3個。將制好的試樣裝入密封袋中并放入25 ℃、濕度95%的恒溫養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)14 d。

1.3試驗(yàn)方案

選取壓實(shí)度、含水率和凍融循環(huán)次數(shù)作為試驗(yàn)變量。

1）壓實(shí)度和含水率選取

摻入3%石灰和12%粉煤灰的改良鹽漬土的最優(yōu)含水率為20.8%，最大干密度為2.02 g/cm3。綜合考慮含水率和壓實(shí)度對制樣的影響，為不使土樣過于松軟或難以擊實(shí)，且為了試驗(yàn)效果更加明顯而增加試驗(yàn)條件參數(shù)梯度，含水率取18%、21%和24%；壓實(shí)度取95%、85%和75%，共9組試樣。

2）凍融循環(huán)試驗(yàn)

采用體外凍融循環(huán)的方式，將養(yǎng)護(hù)好的試樣保持密封狀態(tài)，放入-20 ℃的低溫試驗(yàn)箱中恒溫冷凍12 h，之后取出放入20 ℃的恒溫養(yǎng)護(hù)室中靜置12 h，此為一次凍融。根據(jù)研究表明試樣在凍融10次后力學(xué)性質(zhì)基本趨于穩(wěn)定[17]，因此，設(shè)計凍融循環(huán)次數(shù)為0、1、3、5、7、10次，共計6個水平變量。

3）無側(cè)限抗壓試驗(yàn)

在室溫下，試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度采用WDW-100微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測定，加載速率設(shè)定為1 mm/min。

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線

本試驗(yàn)共計54組試驗(yàn)數(shù)據(jù)（不含重復(fù)試驗(yàn)），圖2給出所有試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，其中W表示含水率，C表示壓實(shí)度，N表示凍融循環(huán)次數(shù)。

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，在含水率和壓實(shí)度都相同的條件下，試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均為應(yīng)變軟化型。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線逐漸降低，未凍融試樣的曲線明顯高于其他試樣且強(qiáng)度峰值對應(yīng)的應(yīng)變值要比其他試樣小。這是因?yàn)橥馏w內(nèi)的水分在低溫狀態(tài)下變?yōu)楸?，從而擴(kuò)大了土體平均孔隙直徑；同時在凍融作用下，土體顆粒和水鹽晶體產(chǎn)生凍脹力從而破壞土體骨架，土體產(chǎn)生裂隙，強(qiáng)度降低。由圖3破壞形態(tài)來看，試樣在彈性變形后表面產(chǎn)生縱向裂縫，隨著應(yīng)力的增加，裂縫也越來越大，在試樣的頂部形成“錐形”破壞，這是典型的脆性破壞形式。

2.2凍融循環(huán)作用下抗壓強(qiáng)度的分布

取試樣軸向應(yīng)力最大值作為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，取試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性階段的斜率作為試樣的彈性模量，可得到試樣抗壓強(qiáng)度和彈性模量與凍融次數(shù)的關(guān)系，如圖4所示。由圖4可以看出，每組試樣的抗壓強(qiáng)度和彈性模量均隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而減小，且均在第1次凍融后降幅達(dá)到最大，經(jīng)歷1次凍融后，強(qiáng)度和彈性模量變化幅度逐漸減小。其中，W18%C85%和W21%C95%的彈性模量在第1次凍融循環(huán)后就已經(jīng)十分接近，經(jīng)歷10次凍融循環(huán)后其差距也非常小，且第10次凍融循環(huán)后W18%C85%的彈性模量低于W21%C95%，說明W21%C95%條件的試樣比較穩(wěn)定，而W18%C85%的試樣在10次凍融后彈性模量下降的潛力更大。

按式（1）定義強(qiáng)度衰減率（Kn）

Kn=σ0-σnσ0。（1）

式中：σ0為未凍融試樣的抗壓強(qiáng)度；σn為凍融循環(huán)n次抗壓強(qiáng)度。

由圖5可以看出，在經(jīng)歷第1次凍融循環(huán)之后試樣的K均突然變大，此后K緩慢增加。從整體上看，高含水率和低含水率的試樣間差異比較明顯，而21%含水率的試樣表現(xiàn)最穩(wěn)定，說明此時水分對土體的黏結(jié)作用和凍脹作用都比較適中。其中18%含水率95%壓實(shí)度的試樣結(jié)構(gòu)穩(wěn)定受凍脹作用最小，顆粒間連接作用也最強(qiáng)，所以10次凍融后K最小為22.76%；24%含水率75%壓實(shí)度的試樣受凍融作用明顯，K在第10次凍融循環(huán)后突然增大，達(dá)到了49.39%，分析其原因：在凍融循環(huán)中，土粒需要重新排列、重新穩(wěn)定和密實(shí)，尤其是低擊實(shí)度土樣，由于本身結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定受到的影響更大，W24%C75%試樣的壓實(shí)度太低導(dǎo)致土骨架松散，凍融循環(huán)對其破壞作用明顯，因此相較于其他試樣W24%C75%的強(qiáng)度衰減率隨凍融循環(huán)一直都呈現(xiàn)高增長趨勢。

2.3含水率和壓實(shí)度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

試樣的抗壓強(qiáng)度（未凍融）與含水率和壓實(shí)度之間的變化關(guān)系分別如圖6所示，由圖6可以看出，一般情況下，試樣的壓實(shí)度相同時，試樣的含水率越高強(qiáng)度就越低；試樣含水率相同時，試樣的壓實(shí)度越高，強(qiáng)度就越高。

利用Matlab中的擬合工具箱，可以建立抗壓強(qiáng)度與壓實(shí)度和含水率之間的關(guān)系，可將數(shù)據(jù)繪出三維曲面，如圖7所示。選擇Polynomial算法進(jìn)行擬合分析。

經(jīng)計算分析，將抗壓強(qiáng)度設(shè)為壓實(shí)度和含水率的三次多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行擬合，R2可以達(dá)到0.997，

說明擬合效果良好，抗壓強(qiáng)度關(guān)于含水率和壓實(shí)度之間的關(guān)系可表示為

σ0=2.907W2+1371C2-156.6WC-17.387W+2613.633C-1 090.744。（2）

式中：σ0為未凍融試樣的抗壓強(qiáng)度。

3損傷本構(gòu)模型

3.1損傷模型的建立

根據(jù)Lemaitre[18]提出的“等效應(yīng)變”假設(shè)，二灰固化鹽漬土的損傷本構(gòu)模型可表示為

σ=Eε（1-D）。（3）

式中：σ為名義應(yīng)力，kPa；E為彈性模量，kPa；ε為應(yīng)變；D為損傷變量。

該類模型認(rèn)為材料在損壞時不能承受應(yīng)力，在峰值過后應(yīng)力很快下降。但事實(shí)上從應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以看出，二灰固化鹽漬土在達(dá)到峰值應(yīng)力后緩慢下降，說明土體仍能承受一部分壓力，因此引入修正系數(shù)α來建立能表示出殘余應(yīng)力的損傷模型[19]

σ=Eε（1-αD）。（4）

式中，α為修正系數(shù)，變化范圍在0到1之間。

假定固化土微元損傷服從Weibull分布，概率密度表達(dá)式為

P（ε）=mFεFm-1exp-εFm。（5）

式中，m和F為Weibull分布參數(shù)。

那么，可以求出損傷變量D的表達(dá)式

D=SfS=∫ε-∞SP（x）dxS

=∫ε-∞P（x）dx=1-exp-εFm。（6）

式中：Sf為損傷的微元面積數(shù)；S為總微元面積數(shù)。

將式（6）代入式（4）可得

σ=Eε1-α+αexp-εFm=Eε-αEε+αEεexp-εFm。（7）

根據(jù)二灰固化鹽漬土應(yīng)力-應(yīng)變曲線邊界條件可得出

ε=εp，σ=σpdσdε=0。（8）

式中：εp為峰值應(yīng)變；σp為峰值應(yīng)力。

聯(lián)立式（7）和式（8）可得出m和F表達(dá)式：

m=-σP[σP+（α-1）EεP]ln1ασPEεP+α-1。（9）

F=εP1mσPσP+（α-1）EεP-1m。（10）

再將m和F代入到式（7）中可得到無側(cè)限壓縮下二灰固化鹽漬土的損傷本構(gòu)模型

σ=（1-α）Eε+αEε·

exp-εεP1mσPσp+（α-1）EεP1mm。（11）

3.2考慮凍融循環(huán)次數(shù)的模型參數(shù)確定

以18%含水率95%壓實(shí)度的樣品為例（此時試樣的力學(xué)性能最優(yōu)），將凍融循環(huán)次數(shù)為7次的試樣作為測試樣本，其余樣本數(shù)據(jù)用于確定損傷模型參數(shù)，損傷本構(gòu)模型參數(shù)需要確定σp、彈性模量和εp。

1）σp和彈性模量的確定

本研究經(jīng)多次計算試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用Logistic函數(shù)對強(qiáng)度和彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系進(jìn)行擬合，曲線更平滑且擬合程度較高，函數(shù)表達(dá)式如下。

y=B+（A-B）/[1+（N/C）]p。（12）

式中，A、B、C、p均為參數(shù)。

抗壓強(qiáng)度和E分別與N的擬合結(jié)果如圖8所示，R2分別達(dá)到了0.997 1和0.996 0，說明擬合效果良好，擬合函數(shù)見式（13）。

y=377.29/[1+（N/3 818.65）]0.11+198.89

E=597.96/[1+（N/44.76）]0.18+47.42。（13）

將N=7代入擬合關(guān)系式中可以得到試樣在凍融循環(huán)7次后的抗壓強(qiáng)度值和彈性模量，計算得σp為449.06 kPa，E為395.87 kPa。

2）εp的確定

孫東彥[17]將εp選取為定值，從本研究應(yīng)力-應(yīng)變曲線也可看出每組試樣εp的變化區(qū)間很小，W18%C95%試樣εp的變化區(qū)間為[1.42，1.78]，為了便于計算和對比出模型效果，本研究取均值1.57。

3）m和F計算值

m和F可由式（9）和式（10）計算得到，結(jié)果為3.15和2.16。

3.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型參數(shù)確定

從上文可以看出，三因素與抗壓強(qiáng)度和彈性模量間具有某種非線性關(guān)系，但是難以找到合適的函數(shù)表達(dá)式表示。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性映射能力[20-21]，因此本研究嘗試?yán)蒙窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)建立考慮三因素的二灰固化鹽漬土損傷模型。損傷模型表達(dá)式中σp和彈性模量非常關(guān)鍵，所以將含水率、壓實(shí)度、凍融循環(huán)次數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)；σp和彈性模量作為輸出數(shù)據(jù)；εp仍取1.57，m和F可計算得到。

按照李治斌等[22]的方法可確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：輸入層3個節(jié)點(diǎn)；隱含層3個節(jié)點(diǎn)；輸出層2個節(jié)點(diǎn)；激勵函數(shù)采用Tanh函數(shù)；學(xué)習(xí)算法為梯度下降法；模擬精度為0.001。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖9所示。

將9個凍融循環(huán)7次試樣的數(shù)據(jù)作為預(yù)測樣本，其余45個數(shù)據(jù)用作訓(xùn)練樣本。預(yù)測結(jié)果σp2為431.92kPa，E2為401.39kPa。從而計算得m為2.72，F(xiàn)為2.14。

3.4損傷模型模擬結(jié)果比較

將2種方法確定的損傷模型參數(shù)分別代入到損傷本構(gòu)模型中，其中α經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)選取0.8，模擬結(jié)果如圖10所示，模擬值1為數(shù)學(xué)擬合確定參數(shù)方法的模擬結(jié)果，模擬值2為基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定參數(shù)方法的模擬結(jié)果。

由圖10可以看出，在彈性階段，即峰值應(yīng)力之前，理論值和實(shí)測值擬合較好；在峰值應(yīng)力之后理論值會先減小到某一程度后再逐漸增加，曲線會向上翹曲，與趙康等[23]的研究規(guī)律一致，而m和F是影響曲線峰值后變化特征的重要參數(shù)，這說明使用峰值點(diǎn)法確定m和F僅引入α是不夠的，在未來的研究中還要考慮土體殘余應(yīng)變的大小。從整體上看，除翹曲部分外理論值曲線能較好地反映出應(yīng)力變化趨勢，整體理論效果良好，因此該模型對于實(shí)際工程仍具有借鑒意義。

本研究采用數(shù)學(xué)擬合和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2種方式確定了損傷模型的參數(shù)，可以預(yù)見，給出任意壓實(shí)度、含水率和凍融循環(huán)次數(shù)，用本研究模型均能計算出相應(yīng)參數(shù)，因此模型具有通用性。此外，理論值1和理論值2曲線模擬效果基本相同，雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不如數(shù)學(xué)方法擬合穩(wěn)定，但是相比數(shù)學(xué)擬合確定參數(shù)的方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定參數(shù)可簡化復(fù)雜計算過程，可應(yīng)用本研究建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測出各種條件下?lián)p傷模型的參數(shù)值。

4結(jié)論

本研究對不同含水率和不同壓實(shí)度的二灰固化鹽漬土進(jìn)行了凍融循環(huán)下的無側(cè)限抗壓試驗(yàn)，并基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了三因素的二灰固化土損傷模型，得到主要結(jié)論如下。

1）二灰固化鹽漬土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均為應(yīng)變軟化型。土體破壞時表面產(chǎn)生縱向裂縫，頂部出現(xiàn)“錐形”破壞，是典型的脆性破壞。固化鹽漬土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減小，第1次凍融循環(huán)作用后降幅最大，此后逐漸趨于穩(wěn)定。21%含水率的試樣整體表現(xiàn)較為穩(wěn)定。含水率低和壓實(shí)度高的土體受凍融作用最小，10次凍融循環(huán)后，18%含水率95%壓實(shí)度的試樣K值最小，為22.76%。反之，受凍融影響就越大，10次凍融后24%含水率75%壓實(shí)度的試樣K值最大，達(dá)到了49.39%。

2）相同壓實(shí)度下，土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨著含水率的增高而降低；相同含水率下，土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨著壓實(shí)度的增長而提高。壓實(shí)度和含水率與抗壓強(qiáng)度之間存在非線性關(guān)系。

3）建立了二灰固化鹽漬土的損傷模型，采用數(shù)學(xué)擬合和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種方式確定了損傷模型的參數(shù)。通過對比分析，發(fā)現(xiàn)建立的損傷模型在整體上擬合程度高，能較好地反映出土體應(yīng)力變化規(guī)律，對東北鹽漬土地區(qū)的道路工程建設(shè)具有一定的參考意義。

4）相對于數(shù)學(xué)方法擬合，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的三參數(shù)二灰固化鹽漬土損傷模型模擬效果較好，并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的損傷模型使用方便，具有很強(qiáng)的適用性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國住建部.GB 50021—2019，巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2019.

Ministry of Construction of the People's Republic of China. GB 50021—2019， code for investigation of geotechnical engineering[S]. Beijing： China Architecture and Building Press， 2019.

[2]周幼吾，郭東信，邱國慶，等.中國凍土[M].北京：科學(xué)出版社，2018.

ZHOU Y W， GUO D X， QIU G Q， et al. Permafrost in China[M]. Beijing： Science Press， 2018.

[3]楊光.農(nóng)安地區(qū)鹽漬土工程地質(zhì)及鹽脹特性分析與評價[D].長春：吉林大學(xué)，2017.

YANG G. Analysis and evaluation of engineering geology and salt swelling characteristics of saline soil in Nong'an Area[D]. Changchun： Jilin University， 2017.

[4]王猛.碳酸鹽漬土路基凍脹特性及防治措施研究[D].長春：長春工程學(xué)院，2016.

WANG M. Study on frost heaving characteristics and prevention measures of carbonate soil subgrade[D]. Changchun： Changchun Institute of Technology， 2016.

[5]LAI Y M， WU D Y， ZHANG M Y. Crystallization deformation of a saline soil during freezing and thawing processes[J]. Applied Thermal Engineering， 2017， 120：463-473.

[6]ZHANG X D， WANG Q， YU T W， et al. Numerical study on the multifield mathematical coupled model of hydraulic-thermal-salt-mechanical in saturated freezing saline soil[J]. International Journal of Geomechanics， 2018， 18（7）：04018064.

[7]ZHANG W B， MA J Z， TANG L. Experimental study on shear strength characteristics of sulfate saline soil in Ningxia region under long-term freeze-thaw cycles[J]. Cold Regions Science and Technology， 2019， 160：48-57.

[8]李棟國.農(nóng)安鹽漬土凍脹及反復(fù)凍融強(qiáng)度衰減特性研究[D].長春：吉林大學(xué)，2015.

LI D G. Study on frost heaving and strength attenuation of repeated freeze-thaw in Nong'an saline soil[D]. Changchun： Jilin University， 2015.

[9]LOCAT J， TRMBALY H， LEROUEIL S. Mechanical and hydraulic behaviour of a soft inorganic clay treated with lime[J]. Canadian Geotechnical Journal， 1996， 33（4）：654-669.

[10]徐永麗，董子建，周吉森，等.凍融及不同溫度下石灰改良鹽漬土動力參數(shù)研究[J].巖土工程學(xué)報，2022，44（1）：90-97.

XU Y L， DONG Z J， ZHOU J S， et al. Study on dynamic parameters of lime modified saline soil under freeze-thaw and different temperatures [J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2022， 44（1）：90-97.

[11]程卓，崔高航，高澤寧，等.凍融循環(huán)對粉煤灰改良鹽漬土抗剪特性影響研究[J/OL].中外公路：1-12[2022-09-14].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/43.1363.U.20210318.1945.008.html

CHENG Z， CUI G H， GAO Z N， et al. Freezing and thawing cycle impact study on characteristics of fly ash improved saline soil shear [J/OL]. The Chinese and Foreign Road： 1-12 [2022-09-14]. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/43.1363.U.20210318.1945.008.html

[12]李敏，王宸，杜紅普，等.石灰粉煤灰聯(lián)合固化石油污染濱海鹽漬土的力學(xué)特性[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2017，36（S1）：3578-3586.

LI M， WANG C， DU H P， et al. Mechanical properties of lime and fly ash combined curing of oil-polluted coastal saline soil [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2017， 36（S1）：3578-3586.

[13]陳康亮，劉長武，楊偉峰，等.基于生石灰和粉煤灰改良硫酸鹽漬土的強(qiáng)度特性[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2020，20（26）：10888-10893.

CHEN K L， LIU C W， YANG W F， et al. Improvement of strength characteristics of sulphuric acid saline soil based on quicklime and fly ash[J]. Science Technology and Engineering， 2020， 20（26）：10888-10893.

[14]張朝暉，師百壘，李宗利.高速公路鹽漬土地區(qū)路基地基改良研究[J].公路工程，2018，43（3）：52-56.

ZHANG Z H， SHI B L， LI Z L. Study on roadbed and foundation improvement in saline soil area of expressway[J]. Highway engineering， 2018， 43（3）：52-56.

[15]吳廷榮，賈錦繡，王都興.石灰粉煤灰改良鹽漬土填料力學(xué)特性研究[J].路基工程，2010（1）：57-59.

WU T R， JIA J X， WANG D X. Study on mechanical properties of lime and fly ash modified saline soil filler[J]. Subgrade Engineering， 2010（1）：57-59.

[16]丁黔，胡爭，黃帥，等，等.三灰改良寒區(qū)鹽漬粉質(zhì)黏土最優(yōu)比研究[J].森林工程，2022，38（3）：134-142.

DING Q， HU Z， HUANG S， et al. Three improved cold saline silty clay， the optimal ratio study [J]. Forest Engineering， 2022， 38（3）：134-142.

[17]孫東彥.凍融循環(huán)下鎮(zhèn)賚地區(qū)非飽和鹽漬土及石灰固化土的力學(xué)特性及機(jī)理研究[D].長春：吉林大學(xué)，2017.

SUN D Y. Study on mechanical properties and mechanism of unsaturated saline soil and lime-cured soil in Dalai Area under freeze-thaw cycle[D]. Changchun： Jilin University， 2017.

[18]LEMAITRE Jean. How to use damage mechanics[J]. Nuclear Engineering and Design， 1984， 80（2）：233-245.

[19]楊圣奇，徐衛(wèi)亞，韋立德，等.單軸壓縮下巖石損傷統(tǒng)計本構(gòu)模型與試驗(yàn)研究[J].河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004（2）：200-203.

YANG S Q， XU W Y， WEI L D， et al. Statistical constitutive model and experimental study of rock damage under uniaxial compression[J]. Journal of Hohai University （Natural Science Edition）， 2004（2）：200-203.

[20]霍珍生.吉林省農(nóng)安地區(qū)碳酸鹽漬土凍脹特性研究[D].長春：吉林大學(xué)，2016.

HUO Z S. Study on frost heaving characteristics of carbonate soil in Nong'an area of Jilin Province[D]. Changchun： Jilin University， 2016.

[21]劉宇峰.吉林西部鹽漬土未凍水含量影響因素及預(yù)測研究[D].長春：吉林大學(xué)，2020.

LIU Y F. Study on influencing factors and prediction of unfrozen water content in saline soil in western Jilin Province[D]. Changchun： Jilin University， 2020.

[22]李治斌，袁立月，丁黔，等.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的改良鹽漬土強(qiáng)度預(yù)測研究[J].水利科學(xué)與寒區(qū)工程，2021，4（5）：51-54.

LI Z B， YUANG L Y， DING Q， et al. Study on strength prediction of improved saline soil based on BP neural network[J]. Water Conservancy Science and Cold Area Engineering， 2021， 4（5）：51-54.

[23]趙康，宋宇峰，于祥，等.不同纖維作用下尾砂膠結(jié)充填體早期力學(xué)特性及損傷本構(gòu)模型研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2022，41（2）：282-291.

ZHAO K， XONG Y F， YU X， et al. Study on early mechanical characteristics and damage constitutive model of cemented tailings backfill under different fiber action[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2022， 41（2）：282-291.