文摘

旨在调查salt-frost起伏规则和天然盐渍土的力学性能以及果皮公路受到多个冻融循环,我们收集自然alluvial-proluvial平原盐渍土样本在独山子前山龙贡果公路的起点。然后,我们进行了矿物成分分析测试,实验室基本物理性质测量,大型多次冻融循环salt-frost拔测试,抗剪强度测试,无侧限抗压强度测试的样本。根据测试结果,收集到的盐渍土不同于其它地区的盐渍土,陷入了“绿泥石盐碱土。”随着冻融的循环次数的增加,整体salt-frost起伏能力增加,然后降低冷冻过程但首先降低,然后增加解冻的过程。因此,salt-frost起伏能力累积在冻结/解冻周期。峰值salt-frost起伏能力达到最大1冻融循环后然后急剧下降,经常波动。6冻融循环后,位移变形和时间组成了一个新的平衡。7冻融循环后,土壤的位移和变形不再出现负数。随着冻融的循环次数的增加,盐渍土的凝聚力先增加,然后稳步下降,内摩擦角先下降,然后稳步增长,和无侧限抗剪强度先增加,然后降低。这些研究结果提供数据支持预防和控制公路盐渍土灾害与深刻的参考这个地区的其他项目。

1。介绍

广泛分布在新疆,中国,盐碱土壤一再改变显示属性后温度变化在过去的几年中,对工程建筑的常规操作的不利影响。例如,salt-frost起伏的主要原因是道路地基梁的变形和破坏。因此,该研究调查了salt-frost拔绿泥石规则盐渍土经过多次冻融循环及相关力学性能的变化提供足够的理论参考相关的故障预防该地区盐渍土工程的设计。

先前的研究表明,硫酸盐和亚硫酸盐盐渍土显示累积salt-frost拔行为(1,2]。salt-frost拔的盐渍土在冻融循环的作用下是一个盐的作用下相变体积变化和水晶3]。salt-frost拔行动的土样在最佳含水量是最强烈的,伴随着salt-frost拔力峰值(4]。4冻融循环后,salt-frost膨胀率开始下降后,每个周期(5]。随着冻融的循环次数的增加,大粒子框架在盐渍土坍塌和细颗粒重新排列6- - - - - -8]。

冻融循环对土壤质量有负面影响(9- - - - - -12]。冻融循环后,土壤颗粒之间的孔隙增加,压实度降低;此外,毛孔和骨折比例增加,增加意味着孔隙大小。同时,土壤结构变得松散,框架结构在土壤中显示位移和体积增加13),从而快速响应与salt-frost膨胀变形(14- - - - - -18]。与后来的冻融循环相比,早期的冻融循环有一个更高的耐用性和体积变化的负面影响。最大的体积变化发生在第一次冻融循环,而体积变化降低了冻融循环后的数量的增加(17,19]。微观角度,冻融循环产生结晶压力(18),导致裂缝的发展和大孔隙中形成冰融化,这增加了土壤渗透率(20.,21]。冻融周期有明显的效果,导致土壤变形积累。

土壤的冻结温度是一个重要指标,分辨是否土壤被冻结,起到了至关重要的作用在区分盐胀现象和冻胀现象(22]。初始土壤冻结温度主要是由离子溶液的性质和盐含量的增加和减少。同时,水是密切相关的活动和孔隙大小,等等。最初的冻结温度下降水活动的减少,孔隙大小和解冻含水量(23- - - - - -25]。盐胀现象主要发生在0°C初始温度降水的盐晶体。示例显示盐胀现象出现在冻结温度之前,和土壤冻结后扩张包括盐和冻胀现象。土壤的体温低于−15°C,盐和冻胀现象往往成为稳定26]。盐胀现象主要发生在后期的盐渍土含盐量较低。可溶性盐含量越高,导热系数和渗透系数越小的土样27)和更大的盐膨胀土变形的贡献(13,28,29日]。同时,盐也迁移与水和水解冻冷冻过程中被排除在外。随着冷却速率的减少,脱盐率逐渐增加,和盐晶体形成层状分布在冰冷的区域,影响溶质扩散,形成分布面积最大的盐晶体在冻结前(30.]。

一些学者的研究表明,经过多次冻融循环,无侧限抗压强度、三轴剪切强度,盐渍土的内聚力和内摩擦角都显示一个总体损失,反映了损害和削弱在冻融循环后盐渍土结构(16,17,31日]。一些学者还显示,土壤的凝聚力先增加,然后下降经过多次冻融循环。内摩擦角稳步增加(19,32]。相反的测试结果可能与盐渍土的类型、含盐量和含水量。

龙贡果公路(从现在开始,高速公路)通过天山的中间穿过,开始从独山子分布在北部和结束在库车城市在南总长度563公里。高速公路显示非常深刻的意义在新疆南部和北部连接,缩短交通距离和振兴经济。然而,根据实地调查的结果,一些老段沿着公路一直下部分受损的季节性salt-frost起伏效应,这危及安全的旅行(33- - - - - -35]。还有缺乏系统性和广泛研究盐渍土在中国西北。因此,学者们主要强调硫酸盐和亚硫酸盐盐渍土在垂下的努尔,无视亚氯酸盐盐渍土在高速公路上。这项研究集中在盐高速公路段果皮的高速公路和检查salt-frost起伏的盐渍土来解决上述困境。对于这个工作,我们收集了一些典型的天然盐渍土样进行实验室冻融循环测试。各种规则的结论是salt-frost起伏后,土壤样品的力学性能不同的周期提供必不可少的基础预防沿着公路盐渍土路基缺陷。

2。材料和方法

这部分组织如下:(1)基本物理性能参数,(2)矿物成分、(3)土壤样品的制备,和(4)测试条件。

2.1。基本物理性能参数

基于沿着果皮高速公路在建项目,使用1.2木柄平头铲,一些自然从alluvial-proluvial平原盐渍土样品收集在独山子山区高速公路的起点。抽样地区的85°00′53“E - 84°54′20”14′E和44°02”N-44°10′20“N。土壤样本取样的深度0 30厘米,0.5米的间隔在一个组。总共35组土壤采集标本。每组土样重约10公斤,总共约350公斤的土壤样本。图1显示了抽样过程。

根据土壤测试方法对公路工程(36),一些测量土样的基本物理参数,如表所示1。图2显示了干密度和含水率之间的关系。基于可溶性盐测试结果表2,收集土壤样本亚氯酸盐盐渍土。通过结合粒子大小和密度测量方法,收集土壤样本缺乏颗粒尺寸范围为0.25∼0.5毫米,而粒子细粒度和粗粒度的土壤颗粒的比例低于0.005毫米分别为50.15%和9.92%,分别。因此,我们认为收集土壤细粒度的土壤。表3显示了比例与土壤中不同大小的粒子,和图3显示的是测量颗粒级配曲线。

2.2。矿物成分

x射线衍射技术分析了矿物成分的天然盐渍土样品收集和果皮公路三个地方。表4显示了不同的矿物成分的比例,图4显示了矿物成分的分析结果。收集到的天然盐渍土样本主要由石英和钠长石。

2.3。准备的土壤样品

根据公路工程的技术标准37),收集土壤样本需要的压实度是93%。具体而言,压实土的干密度试样丙烯酸土壤列仪器应该最大干密度的0.93;压实土样的含水量应该是3.88%,也就是说,最佳含水量;使用质量控制方法,土壤干密度的样品应该是1.897克/厘米³。在获得水分,土壤样本放置在密封的新鲜保护包24小时彻底湿土壤。接下来,我们将准备的土壤样本分为六层,压实使用压实试验装置,并放置在土壤中列乐器有一个大小为90毫米×300毫米,其中固定样品模具的温度是20°C。

三轴试验样品的制备是相似的。土壤样本加载到圆柱形模具尺寸39.1毫米×80毫米。在型腔充填过程中,样品在三层压实。因此,任何土壤中的空气被降低。小心demolding之后,压缩样本用保鲜膜,以免水损失。我们准备好的28三轴土样。

环刀样品也是同样的准备。土壤样本加载到环刀大小的61.8毫米×20毫米。在型腔充填过程中,土壤样本分为三层和压实。消除空气后,土样被保鲜膜包裹,避免水分流失。

2.4。测试条件

基于气温独山子气象站收集的数据,我们分析了温度数据从2011年至2020年连续十年。因此,夏季平均气温(一般从6月到8月)范围内20∼30°C,峰值温度为34°C,而冬天平均气温(一般从12月到明年2月)范围内10∼−−18°C,−的最低温度27°C。此外,冬天低温显著波动。考虑极端天气,冻结温度和熔化温度−30°C和35°C,分别。

我们第一次平衡土壤压实后列5°C的温度8小时。温度平衡后,我们进行了冻融循环试验,在冷冻过程和解冻过程是12小时。具体而言,多功能物理模拟平台被冻结−30°C在半小时内,保持在−11.5小时30°C;同样,多功能物理模拟平台加热到35°C在半小时内和举行35°C 11.5小时。因此,一个完整的冻融循环持续了24小时。图5显示温度变化曲线随温度(因为1号和2号温度传感器,特别是1号传感器,远离空气出口的盒子,测量温度低于实际设计冻融温度)。一层隔热棉包裹土壤列仪器避免土壤样本之间的热交换和周围的温度。因此,每个土壤样本进行了七个冻融循环。

我们使用了多功能物理模拟平台。DataTakerDT85G的数据采集系统主要由数据采集仪器、温度传感器、DeLogger数据采集软件,位移传感器和电脑。康铜热电偶作为温度传感器,测量范围的−50∼50°C的温度探测器由两种材料(铜和康铜)。在使用之前,温度传感器是巩固与AB胶密封和潮湿。D050位移传感器,根据表中列出的参数设置5,是自动补偿温度引起的影响。在开始一个测试、温度和位移传感器校准之前初始化。

ZJ-type应变控制直剪仪采用直接剪切试验。根据土的直接剪切试验标准试验方法对公路工程(36),直接剪切试验进行切断环盐渍土样品不同数量的冻融循环后,在垂直压力50 kPa, 100 kPa, 150 kPa,和200 kPa,分别。抗剪强度的变化规则和盐渍土的相关参数样本不同冻融循环后然后可怕的剪切试验的基础上,分析了数据。

YW-2应变控制无侧限压力煤矸石采用无侧限抗压强度试验。根据土的无侧限抗压强度试验标准试验方法对公路工程(36),无侧限抗压试验进行三轴土样不同数量的冻融循环后得出冻融循环的无侧限抗压强度的变化规律。图6显示了图的测试设备。

3所示。结果和分析

3.1。Salt-Frost起伏规则

果皮公路的自然氯盐渍土为研究对象,通过室内大型土柱模拟试验,salt-frost膨胀定律盐渍土在不同冻融循环。参见图7- - - - - -11和表6获取详细信息。

根据位移变形随时间的变化在不同数量的冻融循环(图7),变形可分割成四个阶段。(1)第一阶段是快速冷却和随后的延迟(在前两个小时)。在这个阶段,前一个小时,后土壤样本的位移变形1,2,和3个冻融循环以递减的速度增加;位移变形后的土壤样本4和5冻融周期趋于稳定;位移变形后的土壤样本6和7冻融循环以越来越快的速度下降。一个小时后,位移变形后的土壤样本2日,3日,4日,5日,6日,和7日冻融循环以越来越快的速度减少,但第一个周期后的变形增加。(2)第二阶段是恒定的冻结(从2小时到12小时)。位移变形后的土壤样本1和2冻融周期趋于稳定。然而,位移变形的土壤样品后3、6和7个周期先下降,然后上升,而土样的变形后4和5周期下降。(3)第三个阶段是快速加热和随后的延迟(从12到14小时)。上半年的设置(从12到13小时),土样的变形后4冻融循环增加,而在1,2,3,5,6,7周期下降。在下半年阶段(从13到14小时),土样的变形2冻融循环后下降,而土壤样品后1、3、5、6和7个周期增加。(4)第四阶段是连续解冻阶段(从14小时到24小时)。在这个阶段,土样的变形1∼7冻融循环后所有增加。

在快速冻结和随后的滞后阶段,箱温度成为冷冻−30°C在半小时内。在快速冷却及其滞后阶段,温度急剧下降,虽然花了一些时间的温度从周边土壤的土壤。因此,salt-frost胀发生1 h后快速冷却和salt-frost起伏现象。显然,位移和变形的土样1冻融循环后大幅增加。盐冻胀现象破坏了土壤结构与越来越多的冻融周期;土壤中,巨大的骨架被分解成小框架,补充补充原始孔隙结构。与此同时,冻融循环后,毛孔和孔直径的比例增加,伴随着放松土壤结构。总的来说,解冻崩溃产生的土壤可以抵消或超过salt-frost膨胀能力。因此,2和3的冻融循环后,位移变形增加速度下降。4和5的冻融循环后,位移变形趋于稳定,而6和7个周期后增加。 Figure8显示时间变化曲线的位移变形绿泥石盐渍土(放大图的2小时),我们得出的结论是,salt-frost起伏是累积的。一个小时后,土壤柱外的温度被调到里面,伴随着体积增加解冻崩溃。1冻融循环后,土壤的salt-frost拔能力仍然超过解冻崩溃引起的土壤结构分解,导致位移变形的整体稳定的增长。随着冻融循环的数量增加,土壤结构的破坏是更加明显;土壤解冻崩溃远远超过土壤的salt-frost膨胀能力,和,因此,土壤变形以递减的速度迅速下降。

在一个常数冻结阶段,盒子的冻结温度保持恒定。因此,当室外温度完全匹配的内部土壤柱,salt-frost起伏能力取代了土壤崩溃引起的土壤结构分解后冻融循环。因此,土样的位移变形趋于稳定。4和5冻融循环后,土壤的salt-frost拔能力稳步下降,而那些后3、6、7周期先降低,然后增加因为破坏土壤结构和冻融循环增加一个特定的限制。因此,土壤的salt-frost拔能力稳步增长。与此同时,土壤收缩七个冻融循环后不再出现;即土壤总是积极的位移变形,这证实了累积salt-frost拔的属性。然而,发生,特别是在前3个冻融循环。3冻融循环后的土壤样本中显示了不同的位移变形后倾向于4和5周期,但类似在6和7周期位移变形。

在快速加热和随后的滞后阶段,冻胀现象,最初出现在低温开始解冻温度上升快。图9显示时间变化曲线的位移变形绿泥石盐渍土在12 - 14小时(放大图)。在低温度、土壤冻胀现象超过盐胀现象,和解冻能力诱导冻胀现象超过盐胀现象的能力,导致土壤位移变形的急剧下降。土样在不同数量的冻融周期预计4周期遵循上述规则。自从解冻后的土样冻胀现象引起的能力4冻融循环的增量小于盐胀现象的能力,和4个冻融循环后的位移变形仍然随着温度增加。

在不断融化阶段,温度是恒定的。因此,土壤中的氯化钠晶体溶解在水中。因此,土壤的一部分崩溃因为缺乏支持,而其他土壤进行了各种内力没有崩溃。因此,土壤整体崩溃能力小于增加盐胀现象的能力。与此同时,粒子振动的振幅随着温度的增加而增加土壤盐分和水分含量较低的样品。因此,土壤膨胀引起的能力超过了解冻能力salt-frost发闷,导致增加位移变形。

最终,土壤变形1∼7冻融循环后稳步增长的累积salt-frost膨胀行为。

如图10salt-frost拔变形引起的土壤样本1冻融循环后达到了顶峰。接下来,随着冻融的循环次数的增加,土壤变形显示类似的变化趋势与温度,到达一个新的平衡后6周期。土壤的位移变形表现出一种“形随时间变化。此外,时间变化曲线包括一个小尾巴。

如图11、土壤1冻融循环后的峰值salt-frost拔能力波动经常因为第二周期,6冻融循环后趋于稳定。因此,它是可以预见的,salt-frost起伏能力将增加稳定。在最初的冻融循环试验,土壤的含水量列是最优,所以盐冻胀达到峰值后1冻融循环,反复但随着温度的升高,土壤中的水分含量减少列。因此,在后期的冻融循环后,土壤的salt-frost胀量没有改变太多,显示正常波动。然而,随着冻融循环的数量进一步增加,salt-frost起伏被提拔。因此,salt-frost翻腾的盐渍土增加7冻融循环后,它是预测salt-frost起伏的盐渍土将增加冻融循环的数量进一步增加。

3.2。剪切应力曲线不同数量的冻融循环后的土壤样品

在盐渍土环刀样品为研究对象,通过室内直剪试验、土样的抗剪强度之间的关系和垂直压力在不同冻融循环。参见图12和13获取详细信息。

如图12,土壤的抗剪强度达到最大3冻融循环后,2周期后降至最低。3周期后,土样的抗剪强度是最重要的,其次是价值6后,7日,4日,1和5周期,而两个周期后样品的剪切强度最低。如图1350 kPa的垂直压力下,盐渍土的抗剪强度显示没有明显的冻融循环次数的关系;随着垂直压力增加到超过100 kPa,土的抗剪强度先增加然后减少越来越多的周期。因此,可以预见,抗剪强度稳步下降,直到最大抗剪强度与冻融循环。

3.3。冻融循环的数量对剪切强度的影响参数

通过室内试验、直剪试验进行盐渍土环刀样品不同冻融循环后,为了获得的抗剪强度参数的变化规律(包括凝聚力和内摩擦角)的土样在不同冻融循环。参见图14获取详细信息。

盐渍土的抗剪强度参数的联合效应时造成的盐度、含水率、冻融循环,外部温度、土壤结构、压实程度,土壤颗粒形状和分级,矿物成分(38]。

如图14,随着冻融的循环次数的增加,土壤的凝聚力稳步增加和减少。土样的凝聚力达到最大2冻融循环后,和最大值达到5.09 kN / m²。价值3周期后迅速下降,而价值后4周期又开始增加。总的来说,土壤的凝聚力下降,越来越多的冻融循环。2冻融循环后,土样的凝聚力比1循环后更重要。几冻融循环后,毛孔的水的冰点增加可溶性盐在水中的浓度由于冻融循环作用,导致降水的可溶性盐晶体和结构强度的增加。因此,盐渍土的凝聚力增加到一定程度。土壤样本的凝聚力3∼7冻融循环后整体下降。冻融循环的增加破坏了土壤的结构紧凑,而土壤强度降低了。此外,土壤强度的降低是累积的。所有这些可以占第一增加然后稳定减少粘性土的力量。

土的内摩擦角降低和稳步增长增加了冻融循环。土样的内摩擦角达到最低2冻融循环后,最低达到8.76°,虽然3周期后,它达到了最大,最大达到了15.20°。以下两个原因解释这一点。一方面,水和盐迁移对土样在冻融循环的顶部20.,39,40),导致水和盐分布不均匀的样品。另一方面,固体颗粒水膜厚度和润滑效果下降;与此同时,大量粒子在土壤分解成更小的粒子在冻融循环,从而增加了颗粒之间的接触区域,因此滑动摩擦力。

此外,随着冻融的循环次数的增加,土壤压实程度稳步下降,孔隙度逐渐增加,导致位错的下降和旋转的粒子在剪切面和粒子定向重排的削弱。因此,闭塞的摩擦稳步下降。自滑动摩擦力的增加下降低于在早期阶段,闭塞的摩擦滑动摩擦的增长超过了闭塞的减少摩擦。因此,变化曲线的转折点发生在第二和第三个冻融循环。

3.4。无侧限抗压强度试验

盐渍土的三轴样品在不同冻融循环为研究对象,土的无侧限抗压强度试验样品在不同冻融循环是通过无侧限抗压强度测试。参见图15获取详细信息。

如图15,无侧限抗压强度之间的关系曲线和冻融循环的数量稳步增加,然后降低。土样的无侧限抗压强度4冻融循环后达到最高,达到135.29 kPa和最大价值。是可预测的无侧限抗压强度下降到最低数量的增加冻融循环。

的冻融循环次数的增加,土壤的大粒度框架结构被破坏成小颗粒框架,减少土壤的强度。然而,由于研究对象的低盐含量,前一个实验的结果表明,冻融过程中,减少盐含量的增加土壤的强度(41]。冻融循环之间的相互作用和含盐量土的无侧限抗压强度达到最大值后4冻融循环。随后,随着冻融的循环次数的增加,土的强度开始下降。

4所示。讨论

这项研究集中在天然盐渍土的果皮公路、新疆和大型salt-frost拔测试,直接剪切试验和无侧限抗压强度测试经过多次冻融循环的影响为研究冻融循环位移变形和力学性能。根据观察到的测试结果,绿泥石的盐渍土样品果皮公路显示特定salt-frost起伏和循环冻融作用下的力学性能。在salt-frost拔测试中,位移变形先增加然后减少在冻结阶段,先下降然后增加解冻阶段。因此,在解冻阶段土样的变形特征不同于先前的研究结果。此外,他们认为目前的土壤样本的低盐度和含水量,增加salt-frost起伏能力在解冻阶段是因为增强土壤粒子活性在高温度。因此,土壤膨胀能力终于超过了解冻salt-frost胀现象的能力。然而,累积salt-frost拔行为是与先前的研究一致,表明硫酸盐、亚硫酸盐、绿泥石盐渍土样本salt-frost拔过程中累积。

随着冻融的循环次数的增加,凝聚力先增加,然后稳步下降。土样的凝聚力2冻融循环后达到最大。内摩擦角先下降,然后稳步增长。两个周期后,降至最低,而内摩擦角值3周期后达到最大。2冻融循环后,土样的抗剪强度降至最低,而价值3周期后增加到最大值。凝聚力与抗剪强度负相关,内摩擦角与剪切强度呈正相关,表明更重要的内摩擦角对剪切强度的影响比凝聚力。之前建议土样的抗剪强度较高的盐度下降更重要的是与早期(7]。这项研究集中在低盐度、绿泥石盐渍土的抗剪强度先增加到最大值后3个冻融循环,然后稳步下降。随着冻融循环的数量增加,无侧限抗压强度增加,明显下降,与先前的研究。因为压力和失败的盐渍土与越来越多的冻融循环下降,土壤强度较低的盐度增加了在冻融过程中。土的无侧限抗压强度增加的4个冻融循环,达到最大值后第四周期;随后,破坏了土壤结构,增加了周期和无侧限抗压强度开始下降。

本研究的一个缺点在于冻融循环不足。因此,第七次冻融循环后的变化遵循先前的研究发现。本研究没有微观测试中执行。相反,显微结构的规则是基于过去的理论分析。

5。结论

(1)salt-frost拔的绿泥石盐渍土,如硫酸盐和亚硫酸盐盐渍土,也表现出了一个附加属性在冻融循环。随着冻融循环的数量增加,salt-frost膨胀量的氯化盐渍土在冻结阶段先增加然后减少和第一降低,然后增加在解冻阶段。此外,它达到最大峰值salt-frost胀量1冻融循环后,没有合同后7个周期。(2)冻融循环的数量增加,绿泥石盐渍土的凝聚力先增加,然后稳步下降,2冻融循环后达到最大;内摩擦角先下降然后稳步增加,达到最大值后3冻融周期;3冻融循环后其抗剪强度达到最大。据预测,内摩擦角的影响对土壤的抗剪强度的作用下冻融周期大于凝聚力。(3)随着冻融的循环次数的增加,绿泥石盐渍土的无侧限抗压强度先增加,然后下降,4冻融循环后达到最大。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者欣然承认金融支持这项研究从开放的基础状态,地质力学和地下工程重点实验室(SKLDUEK2028)和特殊项目的主要研究和开发任务新疆维吾尔自治区(2021 b03004)。