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盐渍土降温过程中盐分结晶的相变行为研究

岩土工程学报 2024年

作者：赵文沧周凤玺杨玉红冉跃万旭升兰州理工大学土木工程学院甘肃省有色金属地质勘查局张掖矿产勘查院西南石油大学土木工程与建筑学院

伴随降温过程，盐渍土孔隙内溶液会发生相变现象。针对盐渍土在降温过程中盐分结晶行为，开展了理论分析和试验研究。首先，从热力学理论出发，考虑相变间化学势平衡和Young-Laplace方程给出了孔隙中盐溶液的初始结晶半径理论表达式，... 详细信息

伴随降温过程，盐渍土孔隙内溶液会发生相变现象。针对盐渍土在降温过程中盐分结晶行为，开展了理论分析和试验研究。首先，从热力学理论出发，考虑相变间化学势平衡和Young-Laplace方程给出了孔隙中盐溶液的初始结晶半径理论表达式，并分析了初始结晶半径与温度以及初始含盐量的关系。其次，建立了预测孔隙溶液含量和盐晶体含量的理论模型，并通过迭代计算分析了降温过程中温度和含盐量对盐结晶行为的影响规律。最后，开展盐渍土室内降温试验对理论模型的有效性进行了验证。结果表明，盐渍土受温度和含盐量的影响，随着温度的下降和初始含盐量的增加，盐渍土液相饱和度降低，盐晶体含量增加。初始含盐量对盐渍土的盐析温度有着重要的影响，盐析温度随着初始含盐量的增加而增加。盐渍土盐胀变形主要发生在降温初期，降温初期盐胀变形量大于降温末期。

关键词：盐分结晶降温过程盐晶体盐析温度盐胀变形

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电渗-氯化钙对硫酸钠盐渍土变形的影响

华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第4期51卷 53-60页

作者：张恒黄俊光李伟科李健斌华南理工大学土木与交通学院广东广州510640 广州建筑股份有限公司广东广州510030 广州市建筑集团有限公司广东广州510030 广州市设计院集团有限公司广东广州510620

过多的水盐含量是季冻区盐渍土产生变形的根本原因,而电渗可以通过驱动盐离子加速土体的排水固结,同时也会导致阴极土体含水率过大,进而产生严重冻胀变形。本文采用自制装置进行电渗联合氯化钙的室内试验,研究不同氯化钙含量(质量分数为... 详细信息

过多的水盐含量是季冻区盐渍土产生变形的根本原因,而电渗可以通过驱动盐离子加速土体的排水固结,同时也会导致阴极土体含水率过大,进而产生严重冻胀变形。本文采用自制装置进行电渗联合氯化钙的室内试验,研究不同氯化钙含量(质量分数为0、5%、10%、15%的氯化钙溶液)对硫酸钠盐渍土变形的影响,结果表明:电渗联合氯化钙可以增大硫酸钠盐渍土的电导率,进而加速土中水的排出,相较于仅电渗处理,土体最终电渗排水量增加35%以上;硫酸钠盐渍土中过量的Na^(+)和SO_(4)^(2-)在电场力的驱动下分别向阴阳两极迁移,大部分随电渗水流排出,从而降低土体中含盐量,减小低温下土体冻胀盐胀变形;在电场力作用下,Ca^(2+)迁移到阴极并与水解产生的OH-结合形成Ca(OH)_(2)胶结物,大大增强土颗粒间的粘结力,而多余的Ca^(2+)与可溶性硅酸盐发生反应形成水合硅酸钙(C-S-H),并沉积在土颗粒表面,增加土颗粒间的摩擦力,有效降低阴极土体的冻胀变形;经电渗-氯化钙处理后的硫酸钠盐渍土,微观结构更加密实,抵抗冻胀盐胀变形能力显著增强,其中以质量分数10%的氯化钙溶液的加固效果为最佳,相较于仅作电渗处理土体,最终排水量提高了近70%,阴极土体抗剪强度增大了27.1 kPa,冻胀变形量降低了65.1%,而当试验用氯化钙溶液中氯化钙质量分数超过10%后,由于渗流通道的淤堵和电极腐蚀,导致最终排水量和土体抗剪强度有所降低,土体变形量增大。

关键词：硫酸钠盐渍土冻胀变形盐胀变形电渗排水氯化钙微观结构冻结试验

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上隔下疏型硫酸盐渍土路基盐胀模型试验研究

中南大学学报（自然科学版） 2015年第1期46卷 248-254页

作者：陈再彭述权胡毅夫樊玲中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 中南大学高速铁路线路工程教育部重点实验室湖南长沙410075

根据新疆阿拉尔市硫酸盐渍土路基现场调查结果,人工配制硫酸钠盐渍土,进行上隔下疏型硫酸盐渍土路基盐胀变形机制室内模型试验研究。在大气环境模拟室内进行对比模型试验,对比分析升温过程中设置有上隔下疏结构层的新型路基与普通路基... 详细信息

根据新疆阿拉尔市硫酸盐渍土路基现场调查结果,人工配制硫酸钠盐渍土,进行上隔下疏型硫酸盐渍土路基盐胀变形机制室内模型试验研究。在大气环境模拟室内进行对比模型试验,对比分析升温过程中设置有上隔下疏结构层的新型路基与普通路基温度变化,降温过程中的温度变化和盐胀变形;对试验路基排盐水效果进行分析。试验结果表明:在升温和降温过程中,新型路基结构保温层能有效减少路基内部温度变化幅度,影响程度随深度增加而减弱;在升温过程中,保温层阻止表面蒸发,减弱内部盐水迁移;在降温过程中,保温层能减弱路基表层盐胀变形,对深层盐胀的抑制效果比表层抑制效果明显;疏排水层能有效排出路基内盐水及减小路基深部盐胀变形的发展;保温层和疏排水层综合减小盐胀变形效果明显。

关键词：硫酸盐渍土路基结构模型试验盐胀变形

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盐渍土路基盐胀性试验研究

地下空间与工程学报 2009年第3期5卷 594-603页

作者：杨保存刘新荣贺兴宏邱林塔里木大学水利与建筑工程学院新疆阿拉尔843300 重庆大学土木工程学院重庆400045 农一师勘测设计院新疆阿克苏8430001

盐渍土地区道路受硫酸盐渍土盐胀性及氯化物盐渍土溶陷特性的影响,对路基路面造成一定的变形破坏。为了研究硫酸盐渍土在季节性冻土地区外界环境及氯化物盐对其盐胀性的影响,通过对S207线盐渍土病害路段进行变形监测和室内盐胀对比试验... 详细信息

盐渍土地区道路受硫酸盐渍土盐胀性及氯化物盐渍土溶陷特性的影响,对路基路面造成一定的变形破坏。为了研究硫酸盐渍土在季节性冻土地区外界环境及氯化物盐对其盐胀性的影响,通过对S207线盐渍土病害路段进行变形监测和室内盐胀对比试验,对试验结果进行盐胀性评价。结果表明:盐胀率作为评价硫酸盐渍土盐胀性的一个重要指标,其计算值取决于盐胀保证率所能达到的盐胀有效影响深度的取值和年度最大盐胀变形量;年度盐胀变形量要考虑氯化钠盐和变形缓冲层对硫酸钠盐胀变形的抑制和缓解作用。针对南疆盐渍土盐胀变形特性及影响因素,总结提出了盐渍土路基盐胀变形综合防治原则和防治方法,在南疆S207线改建工程中得到了应用,取得明显的防治效果。

关键词：盐渍土路基变形监测盐胀性评价盐胀变形溶陷变形

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寒区盐渍土公路路涵过渡段路基水盐状态研究

寒区盐渍土公路路涵过渡段路基水盐状态研究

作者：田润泽兰州交通大学

学位级别：硕士

随着交通强国、“一带一路”建设的逐步实施以及“新基建”的加速推进,我国西北地区的公路,市政等交通线网的密度逐年增加。由于西北地区分布着较为广泛的盐渍土,加之此地区特殊的工程地质条件和气候条件,导致土体内部多物理场之间相互... 详细信息

随着交通强国、“一带一路”建设的逐步实施以及“新基建”的加速推进,我国西北地区的公路,市政等交通线网的密度逐年增加。由于西北地区分布着较为广泛的盐渍土,加之此地区特殊的工程地质条件和气候条件,导致土体内部多物理场之间相互耦合的作用强烈,从而引发不同类型的工程病害。在寒季大范围的降温过程中,温度由地表向下传递,土体内部的温度场,水分场,盐分场,力学场之间相互耦合作用,导致土体内部的水盐迁移效应和盐胀变形效应较为剧烈。在温度的作用下,土体内部会发生液态水凝结成冰和盐分的结晶作用,致使路基土体发生不同程度的冻胀、盐胀等病害,最终导致这些基础设施在服役期间无法满足实际运营需求,造成服役周期缩短、安全隐患增加等问题。因此,本文以青海省察尔汗到格尔木市的高速公路(简称察格高速)沿线附近的盐渍土作为研究对象,对高速公路所处的地理位置的气候特征以及沿线附近盐渍土的分布情况进行调查分析,通过室内实验研究与数值模拟研究相结合的方法,得到一个能够正确描述单向降温条件下盐渍土内部水盐迁移效应和盐胀变形效应的数值模型,并将其应用于对盐渍土路基路涵过渡段变形问题的预测中。最终得到以下主要结论:(1)通过对察格高速公路沿线气候特征的调查,发现该地区寒季平均气温可以达到-10℃,寒季最冷气温达到-30℃以下,地下1.6 m土体的温度始终稳定在5℃左右。沿线分布的盐渍土种类复杂,但是大多数以氯盐盐渍土为主,含有一定量的硫酸盐,土壤类型以粉质黏土为主。同时,通过实际考察,发现该地区的高速公路病害问题较为严重,尤其是通风结构的路涵过渡段。(2)在提出合理的假设条件基础之上,基于质量守恒定律,能量守恒定律,有效应力原理,达西渗流定率,傅里叶热传导定律,对流弥散方程等建立了适用于盐渍土的水-热-盐-力四场耦合数值模型,用来描述单向降温条件下盐渍土土体内部发生的水盐迁移效应和盐胀变形效应。(3)借助TMS9018型环境冻融循环箱进行单向降温条件下盐渍土的水盐迁移和盐胀变形实验研究,同时借助COMSOL Multi-physics有限元软件的二次开发模块和固体力学模块对建立的模型进行求解。通过对比分析实验结果和数值模拟结果的相关性,认为所建立的水-热-盐-力四场耦合数值模型能够正确描述寒区盐渍土土体内部的水盐迁移和盐胀变形规律。(4)根据实际的工程地质情况和气象气候条件,设置合理的边界条件,建立察格高速公路路涵过度段水-热-盐-力四场耦合数值模型,计算一年内路涵过渡段内部的变形情况。计算结果发现由于寒季路涵过渡段周围温湿度变化剧烈,在降温过程中,涵洞周围会产生水分和盐分的聚集区,这是路基涵洞结构发生盐胀破坏的主要诱因。盐渍土地区路涵过渡段的变形量最大值发生在靠近涵洞上方的路肩位置,而且在一个冻融期内变形量最大值发生的时间滞后于寒季气温最冷时间。

关键词：盐渍土多物理场耦合盐胀变形路涵过渡段数值模拟

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粗粒硫酸盐渍土路基变形特性的现场试验研究

粗粒硫酸盐渍土路基变形特性的现场试验研究

作者：才海多杰兰州大学

学位级别：硕士

盐渍土具有特殊的工程性质,在温度变化条件下,会产生盐胀和溶陷变形,使土体发生破坏,给高等级公路的建设造成了很大的阻碍。粗粒硫酸盐渍土广泛分布在中国西部地区,近些年在该类地区有大量高等级公路修筑,就地取材选用粗粒硫酸盐渍土作... 详细信息

盐渍土具有特殊的工程性质,在温度变化条件下,会产生盐胀和溶陷变形,使土体发生破坏,给高等级公路的建设造成了很大的阻碍。粗粒硫酸盐渍土广泛分布在中国西部地区,近些年在该类地区有大量高等级公路修筑,就地取材选用粗粒硫酸盐渍土作为筑路材料,不仅能节省造价,还能减少因土料运输所耽误的施工周期。在以往的研究中,多对细粒硫酸盐渍土的变形特性进行研究,对粗粒硫酸盐渍土的研究较少,而关于路用粗粒硫酸盐渍土的研究更是少之又少。为了解粗粒硫酸盐渍土作为路基填料的工程性质,使该类土能更好的在高等级公路路基修筑中被使用,对该类土进行变形特性的研究十分有必要。利用冻融试验机进行了室内盐胀试验,发现随着含盐量的增加,粗粒硫酸盐渍土盐胀变形随之增大。但由于没有足够的水分用于盐分吸水结晶,当含盐量为3.0%时,粗砂及砾砂试样盐胀变形减小。对于不同干密度条件下,1%含盐量的粗砂试样,随着干密度的增加,试样盐胀率随之增加。对于1%含盐量粗砂试样,当含水率大于最优含水率时,盐胀率随着含水率的增加而减小。粗粒硫酸盐渍土试样土颗粒越大,试样的盐胀率越小。对于不含盐试样,粗砂试样起胀温度为-1.0℃,砾砂试样起胀温度为-3℃。当含盐量大于1.0%时,粗砂试样起胀温度为25℃,盐胀温度敏感区间为25～10℃,砾砂试样起胀温度为20℃,且20～5℃为盐胀温度敏感区间,当温度低于5℃时,砾砂试样盐胀曲线逐渐趋于平缓。依托G7高速公路,修筑了路基试验段,通过长期监测,探究了不同加盐量砾砂硫酸盐渍土路基的变形特征,及路基不同深度范围的温度变化情况。发现随着含盐量增大,路基隆起变形最大值增大。不加盐砾砂路基隆起变形较其它两种路基而言较小,沉降变形较大。而加盐2.0%砾砂路基隆起变形较其它两种路基而言较大,沉降变形值较小。分析路基温度监测结果,发现温度监测位置越靠近路基表面,温度变化越剧烈,变化越频繁。加盐砾砂与不加盐砾砂路基的破坏形式不同,加盐1.0%砾砂路基变形对于温度较为敏感,其隆起变形值较大,沉降变形值较不加盐砾砂路基小,隆起变形为路基破坏的主要原因。而对于不加盐砾砂路基则相反,沉降变形值较大,隆起变形值较小,沉降变形为路基破坏的主要原因。

关键词：硫酸盐渍土粗粒土路基盐胀变形现场试验高速公路

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准东地区粗颗粒盐渍土室内盐胀试验分析

山西建筑 2016年第30期42卷 86-87页

作者：秦明亮国网能源新疆准东煤电有限公司新疆昌吉831800

通过对新疆准东地区某电厂厂区内粗颗粒盐渍土室内盐胀试验分析,探讨了压实系数、含水量对盐胀变形的影响,得出了一些有意义的结论,旨在为类似盐渍土工程提供参考。

关键词：盐渍土盐胀变形压实系数含水量

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新疆水泥稳定基层拱胀变形机理研究

新疆交通运输科技 2019年第B9期 25-30页

作者：宋亮王选仓新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院新疆乌鲁木齐830006 长安大学公路学院陕西西安710064

本文设计了水泥稳定砂砾盐胀试验、扫描电子显微镜观测试验、CT的断层扫描试验,研究了不同温度和硫酸盐含量条件下水泥稳定砂砾材料的盐胀规律,揭示了水稳基层材料的盐膨胀机理,提出了水稳基层混合料中硫酸盐含量的合理控制范围,为南疆... 详细信息

本文设计了水泥稳定砂砾盐胀试验、扫描电子显微镜观测试验、CT的断层扫描试验,研究了不同温度和硫酸盐含量条件下水泥稳定砂砾材料的盐胀规律,揭示了水稳基层材料的盐膨胀机理,提出了水稳基层混合料中硫酸盐含量的合理控制范围,为南疆盐渍地区水稳基层盐胀变形研究提供借鉴。盐胀试验结果表明环境温度高于10℃时,水泥稳定材料拱胀发展迅速,同时发生温胀及盐胀当温度;低于0℃时水泥稳定砂砾材料会出现盐胀现象,这是Na2SO4·10H2O晶体析出导致的;此外,随着升温速率的增加,水泥稳定材料拱胀量显著增大;随着含盐量的增加试件的盐胀变形显著增加,当试件含盐量在0%~0.2%时,水泥稳定材料试件的拱胀变形受盐分影响较小,当试件含盐量在0.2%~0.4%时,水泥稳定材料试件的拱胀变形一定程度受含盐量的影响,当试件含盐量大于0.4%时,含盐量对水泥稳定材料试件的拱胀影响显著。扫描电子显微镜观测结果表明当含盐量大于0.4%时,Na2SO4·10H2O结晶分布随着含盐量的增大不断密集,验证了在0.2%~0.8%的含盐量范围内水泥稳定基层材料的盐胀随含盐量增大而增大的宏观试验结果。CT的断层扫描试验结果表明水泥稳定材料胀主要发生在20℃~30℃和-10℃~0℃。其中,在20℃~30℃范围内,水泥稳定材料拱胀以温胀为主,但也存在一定程度的盐胀;在-10℃~0℃范围内,水泥稳定材料拱胀主要为盐胀。

关键词：公路工程拱胀规律拱胀试验水泥稳定基层硫酸盐盐胀变形

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新疆水泥稳定基层拱胀变形机理研究

新疆交通运输科技 2018年第B12期 8-13页

作者：宋亮王选仓新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院新疆乌鲁木齐830006 长安大学公路学院陕西西安710064

关键词：公路工程拱胀规律拱胀试验水泥稳定基层硫酸盐盐胀变形