盐渍土岩土工程特性研究现状与进展

张新鸿

【摘 要】盐渍土是对不同程度碱化、盐化土壤（包括碱土、盐土）的总称。若岩土中所含易溶盐超过0.3%，同时具有腐蚀、盐胀、溶陷等性能，就为盐渍土。本文以内陆盐渍土（细粒土）做为研究对象，在收集、整理、分析相关资料的基础上，充分结合公路盐渍土工程的理论、实际发展，利用GDS三轴、离心模型、大尺寸模型、野外观测等试验，对其力学特性、溶陷规律、盐胀特征等进行了较为详细的研究。

【关键字】盐渍土；细粒土；工程特性；溶陷；盐胀

文章编号：ISSN1006—656X（2013）09 -0186-01

一、前言

我国西部地区具有独特的气候特征和自然地理环境，其盐渍土分布广泛，且多集中于扇间过渡地带、细土平原区、干涸湖盆底。这些地区的地下水、地表水径流、地形坡度均较缓，其具备形成盐渍土的基本条件，其中最具代表性的就是新疆地区的盐渍土。据相关部门统计结果显示，新疆地区的盐渍土面积超过15万平方千米，占据了新疆地区全部土地的9.5%左右。

在我国交通事业的不断发展下，盐渍土岩土公路、铁路工程也逐渐增多，我国在盐渍土岩土公路工程建设方面，也有着丰富的实践经验，并获得了不少研究成果，此处不作赘述。本文的研究重点主要为细粒盐渍土的力学特性、溶陷规律、盐胀特征等。

二、物理力学特性研究

（一）GDS三轴力学分析

与其他土类相比，盐渍土的固相体、液相体具有其独特性，其固相体含结晶盐，液相体为盐溶液。盐渍土的物理性质也是由三相组成比关系来进行表征的，同样也可用颗粒比重、颗粒组成、含水量、湿重度、干重度、饱和度、孔隙比等指标进行表示。与非盐渍土相比，盐渍土的盐类含量较多，当盐类溶解完全时会增大液体比重，而不会使液体体积增大，若溶解不完全，盐分则会成为结晶体附着在土颗粒孔隙中。

在本次研究中，应用了GDS三轴试验对含有不同盐量、水量的盐渍土进行强度特性测试，分析不同含盐量、含水量条件下，盐渍土的应力应变关系。试验结果显示：盐渍土初始含水量的不同，其对应的应力应变关系有着明显差异。轴向应变相同时，偏应力与初始含水量呈负相关。这是因为土体含水较多时，会使结晶盐溶解从而降低土颗粒粘结力，减弱土体强度；而土体含水较少时，会使结晶盐析出而促使土体胶结，从而提高土体强度。土体含盐量变化与应力应变曲线变化规律，与含水量类似。若轴向应变相同，偏应力会随初始含盐量的增大而增大，其原因可能是含盐量较高时，结晶体析出填充土颗粒孔隙，发挥出胶结作用，增强土体的抗剪强度。

（二）室内模拟探析水盐迁移规律

路基土盐胀的发生原因与土体膨胀、结晶体胀、硫酸钠聚集均有关系。盐水迁移聚集的重要条件是低温作用、水汽蒸发和毛细水上升。硫酸钠的迁移会产生结晶，这些聚积结晶会附着于土颗粒接触点上，其是增加盐胀，导致土体破坏、变形的关键因素。土体盐胀是化学、物理变化的综合表现，其具体表现为土体结构收缩、膨胀或重整，土体应变率、分散性增加，土体强度降低，缩短公路寿命。

本次研究以喀什地区的低液限黏土盐渍土为研究对象，应用室内模拟方法，模拟春天升温、冬季降温过程，对试样的水盐迁移规律进行分析研究。研究结果显示：试样在3次冻融循环中，中间层的水分均明显朝冷端迁移，4、5层的水分则仅有微弱迁移。冷端的迁移量最大，其原因是冷端温度跨度大，加之土体含盐量较多，冰点较低，所以水分会由高温端迁移至低温端。冷端附近的氯离子由2层迁移至1层，其原因是冷端水分迁移量大，氯化钠溶解不会较多地受温度影响，故氯离子会与水分一同迁移至冷端。

三、盐胀特性研究

盐渍土盐胀的发生原因是：随着外界条件的变化，土体中的硫酸钠（粉末状或液态）会吸水产生结晶体，结晶填补土颗粒孔隙造成土体膨胀所致。由于硫酸钠溶解度的温度敏感性较强，所以温度变化会促使硫酸钠结晶。其溶解度曲线如图一所示。

图一 硫酸钠溶解度与温度关系曲线图

从图一可知，当温度低于32.4℃时，硫酸钠溶解度与温度变化呈正相关，而当温度高于32.4℃时，溶解度会随温度的升高而降低。在32.4℃以下，液态的或固态的硫酸钠都会吸水，成为芒硝晶体，与污水硫酸钠相比，芒硝晶体的体积是其3.1倍。引起路基土盐胀的最直接原因是岩土所含硫酸钠发生了迁移聚集，其是盐胀的重要物质基础。与路基土体相比，自然地面的蒸发作用更强烈，硫酸钠迁移聚集现象更明显，而路基在路面覆盖作用下，土体的蒸发强度大为减弱，其盐分迁移的作用因素主要为土体毛细水上升、低温作用，所以路基土体的盐分迁移聚积具有一定的规律，盐分聚积需在多次降温作用下才可形成。盐渍土盐分迁移具有以下规律：从高温向低温迁移；迁移强度为Ca2+

四、溶陷变形规律研究

溶陷变形是指天然盐渍土受附加压力、自重压力作用，在被水浸湿后所发生的土体变形。溶陷变形有2种类型：一种是短时间的静水溶陷，土体浸水后，结晶盐会全部或部分溶解，导致土体强度减弱，颗粒结构重排，发生溶陷，其溶陷程度与盐分含量、性质，土体原始结构及浸水量有关；另一种是长时间的动水溶陷，土体受渗流作用，部分颗粒被带走而形成潜蚀。发生潜蚀后，会增加土体空隙，土体在荷载、自重作用下会发生溶陷变形。盐渍土溶陷与其他土体沉陷的最大区别就在于土体侵蚀溶陷，其也是导致盐渍土溶陷的最主要因素。潜蚀作用的程度、发展主要与土体所含盐分种类有关，若土体盐分主要为易溶盐，潜蚀作用发展较快；若盐分主要为难（中）溶盐，潜蚀的发展则相对较慢。

本次研究应用了双线法，对盐渍土溶陷系数与含盐量、含水量的关系进行了分析，部分试验还应用了单、双线两种方法，以总结溶陷规律。试验样品取自石河子地区一级公路的天然盐渍土。试验结果显示：氯盐渍土的溶陷系数与土体初始含水量呈负相关，且在压力的不断增大下，这种规律表现越明显；随着土体含水量的逐渐增大，硫酸盐渍土的溶陷系数逐渐减小；氯盐渍土、硫酸盐渍土二者的溶陷系数在压力达到一定值时，均可达到峰值；氯盐渍土、硫酸盐渍土的溶陷峰值压力均与土体含水量呈负相关，但是硫酸盐渍土的压力变化更小。