鹽漬土巖土工程特性研究現狀與進展

張新鴻

【摘 要】鹽漬土是對不同程度堿化、鹽化土壤（包括堿土、鹽土）的總稱。若巖土中所含易溶鹽超過0.3%，同時具有腐蝕、鹽脹、溶陷等性能，就為鹽漬土。本文以內陸鹽漬土（細粒土）做為研究對象，在收集、整理、分析相關資料的基礎上，充分結合公路鹽漬土工程的理論、實際發展，利用GDS三軸、離心模型、大尺寸模型、野外觀測等試驗，對其力學特性、溶陷規律、鹽脹特征等進行了較為詳細的研究。

【關鍵字】鹽漬土；細粒土；工程特性；溶陷；鹽脹

文章編號：ISSN1006—656X（2013）09 -0186-01

一、前言

我國西部地區具有獨特的氣候特征和自然地理環境，其鹽漬土分布廣泛，且多集中于扇間過渡地帶、細土平原區、干涸湖盆底。這些地區的地下水、地表水徑流、地形坡度均較緩，其具備形成鹽漬土的基本條件，其中最具代表性的就是新疆地區的鹽漬土。據相關部門統計結果顯示，新疆地區的鹽漬土面積超過15萬平方千米，占據了新疆地區全部土地的9.5%左右。

在我國交通事業的不斷發展下，鹽漬土巖土公路、鐵路工程也逐漸增多，我國在鹽漬土巖土公路工程建設方面，也有著豐富的實踐經驗，并獲得了不少研究成果，此處不作贅述。本文的研究重點主要為細粒鹽漬土的力學特性、溶陷規律、鹽脹特征等。

二、物理力學特性研究

（一）GDS三軸力學分析

與其他土類相比，鹽漬土的固相體、液相體具有其獨特性，其固相體含結晶鹽，液相體為鹽溶液。鹽漬土的物理性質也是由三相組成比關系來進行表征的，同樣也可用顆粒比重、顆粒組成、含水量、濕重度、干重度、飽和度、孔隙比等指標進行表示。與非鹽漬土相比，鹽漬土的鹽類含量較多，當鹽類溶解完全時會增大液體比重，而不會使液體體積增大，若溶解不完全，鹽分則會成為結晶體附著在土顆粒孔隙中。

在本次研究中，應用了GDS三軸試驗對含有不同鹽量、水量的鹽漬土進行強度特性測試，分析不同含鹽量、含水量條件下，鹽漬土的應力應變關系。試驗結果顯示：鹽漬土初始含水量的不同，其對應的應力應變關系有著明顯差異。軸向應變相同時，偏應力與初始含水量呈負相關。這是因為土體含水較多時，會使結晶鹽溶解從而降低土顆粒粘結力，減弱土體強度；而土體含水較少時，會使結晶鹽析出而促使土體膠結，從而提高土體強度。土體含鹽量變化與應力應變曲線變化規律，與含水量類似。若軸向應變相同，偏應力會隨初始含鹽量的增大而增大，其原因可能是含鹽量較高時，結晶體析出填充土顆粒孔隙，發揮出膠結作用，增強土體的抗剪強度。

（二）室內模擬探析水鹽遷移規律

路基土鹽脹的發生原因與土體膨脹、結晶體脹、硫酸鈉聚集均有關系。鹽水遷移聚集的重要條件是低溫作用、水汽蒸發和毛細水上升。硫酸鈉的遷移會產生結晶，這些聚積結晶會附著于土顆粒接觸點上，其是增加鹽脹，導致土體破壞、變形的關鍵因素。土體鹽脹是化學、物理變化的綜合表現，其具體表現為土體結構收縮、膨脹或重整，土體應變率、分散性增加，土體強度降低，縮短公路壽命。

本次研究以喀什地區的低液限黏土鹽漬土為研究對象，應用室內模擬方法，模擬春天升溫、冬季降溫過程，對試樣的水鹽遷移規律進行分析研究。研究結果顯示：試樣在3次凍融循環中，中間層的水分均明顯朝冷端遷移，4、5層的水分則僅有微弱遷移。冷端的遷移量最大，其原因是冷端溫度跨度大，加之土體含鹽量較多，冰點較低，所以水分會由高溫端遷移至低溫端。冷端附近的氯離子由2層遷移至1層，其原因是冷端水分遷移量大，氯化鈉溶解不會較多地受溫度影響，故氯離子會與水分一同遷移至冷端。

三、鹽脹特性研究

鹽漬土鹽脹的發生原因是：隨著外界條件的變化，土體中的硫酸鈉（粉末狀或液態）會吸水產生結晶體，結晶填補土顆粒孔隙造成土體膨脹所致。由于硫酸鈉溶解度的溫度敏感性較強，所以溫度變化會促使硫酸鈉結晶。其溶解度曲線如圖一所示。

圖一 硫酸鈉溶解度與溫度關系曲線圖

從圖一可知，當溫度低于32.4℃時，硫酸鈉溶解度與溫度變化呈正相關，而當溫度高于32.4℃時，溶解度會隨溫度的升高而降低。在32.4℃以下，液態的或固態的硫酸鈉都會吸水，成為芒硝晶體，與污水硫酸鈉相比，芒硝晶體的體積是其3.1倍。引起路基土鹽脹的最直接原因是巖土所含硫酸鈉發生了遷移聚集，其是鹽脹的重要物質基礎。與路基土體相比，自然地面的蒸發作用更強烈，硫酸鈉遷移聚集現象更明顯，而路基在路面覆蓋作用下，土體的蒸發強度大為減弱，其鹽分遷移的作用因素主要為土體毛細水上升、低溫作用，所以路基土體的鹽分遷移聚積具有一定的規律，鹽分聚積需在多次降溫作用下才可形成。鹽漬土鹽分遷移具有以下規律：從高溫向低溫遷移；遷移強度為Ca2+

四、溶陷變形規律研究

溶陷變形是指天然鹽漬土受附加壓力、自重壓力作用，在被水浸濕后所發生的土體變形。溶陷變形有2種類型：一種是短時間的靜水溶陷，土體浸水后，結晶鹽會全部或部分溶解，導致土體強度減弱，顆粒結構重排，發生溶陷，其溶陷程度與鹽分含量、性質，土體原始結構及浸水量有關；另一種是長時間的動水溶陷，土體受滲流作用，部分顆粒被帶走而形成潛蝕。發生潛蝕后，會增加土體空隙，土體在荷載、自重作用下會發生溶陷變形。鹽漬土溶陷與其他土體沉陷的最大區別就在于土體侵蝕溶陷，其也是導致鹽漬土溶陷的最主要因素。潛蝕作用的程度、發展主要與土體所含鹽分種類有關，若土體鹽分主要為易溶鹽，潛蝕作用發展較快；若鹽分主要為難（中）溶鹽，潛蝕的發展則相對較慢。

本次研究應用了雙線法，對鹽漬土溶陷系數與含鹽量、含水量的關系進行了分析，部分試驗還應用了單、雙線兩種方法，以總結溶陷規律。試驗樣品取自石河子地區一級公路的天然鹽漬土。試驗結果顯示：氯鹽漬土的溶陷系數與土體初始含水量呈負相關，且在壓力的不斷增大下，這種規律表現越明顯；隨著土體含水量的逐漸增大，硫酸鹽漬土的溶陷系數逐漸減小；氯鹽漬土、硫酸鹽漬土二者的溶陷系數在壓力達到一定值時，均可達到峰值；氯鹽漬土、硫酸鹽漬土的溶陷峰值壓力均與土體含水量呈負相關，但是硫酸鹽漬土的壓力變化更小。