冻融条件下河道淤泥气泡混合土性质研究进展

严晓伟

（苏州科技大学 土木工程学院，江苏 苏州215011）

1 研究背景

目前，我国的国土面积大，河道分布比较广，导致国家花费许多代价来治理河道。其中河道清淤成为了一项必不可少的措施，然而处理的淤泥大多废置，无法得到充分利用，因此才有很多学者对淤泥进行一系列的试验研究。

河道淤泥具有高含水量、高压缩性、强度低等特点，一般情况下在实际工程中很难直接使用，通过向淤泥中添加水泥、石灰等固化材料，来改善淤泥的物理力学性质，如顾欢达等[1]对淤泥的再生资源化利用进行了探讨，试验发现经过流动化处理后的河道淤泥具有一定的强度和韧性；三岛嶋 雄，丰福俊泰[2-3]等研究气泡混合土的物理力学性质，并分析其工程应用前景且具有流动特性的气泡混合土特别适合地下或狭小趋于的回灌处理；由于气泡混合土密度小，质量轻也可用作软基处理或减小地基不均匀沉降。随着国内外研究的进步，河道淤泥气泡混合土（FMLSS）因其具有高流动性、轻质性、强度可调节等特点，逐渐成为研究热点。很多学者对其进行分析，发现河道淤泥气泡混合土的物理力学性质与水泥掺入量、气泡含量、含水量以及养护周期有着密不可分的关系。

2 冻融研究进展

根据我国的地理分布特点，许多地方存在季节性冻土土的情况，这些地区路面会随着气温的变化产生反复的冻结和融化，土体的内部结构也随之改变，并且由此导致土的物理力学性质的改变，影响建筑物的安全性和耐久性。关于冻融对土性质影响的研究有很多，例如Chamberlain E J[4]等探讨冻融对土的渗透性和结构的影响以及微观机理研究；Majdi A. Othman[5]等研究冻融条件对黏土水力传导率的影响。随着我国经济建设向西部的发展，在区建设中不可避免的遇到这些问题，例如房屋基础的冻胀和融沉、公路路基的融沉、交通隧道的冻裂。冻融对土工程性质的影响大致可以从冻融对土物理性质和力学性质影响两方面来分析，尽管他们是相互联系的，以下是对这两方面的研究现状的论述分析。

3 冻融条件对物理性质影响

河道淤泥气泡混合土主要是由淤泥、水、固化剂和气泡在一定的比例下混合搅拌而成，要将其运用于实际工程中，必须要对冻融条件下气泡混合土的物理力学性质有充分的了解。

周云东等[6]通过室内试验研究冻融循环对气泡混合轻质土体积、密度和气孔结构等物理特性的影响，试验结果表明密度的变化与气泡混合轻质土的初始含水量密切相关，随着冻融循环次数的增加，含水量和密度最终趋向于一个稳定值，而气泡混合轻质土的体积变化率不超过1.5%。Konrad J M[7]等发现冻融条件下土体的固结程度会导致空隙率的增加或者减少。当在补水的条件下进行冻融循环试验时发现反复的冻融循环作用会使土样的含水量增加，从底部到顶部含水量逐渐递增；黄土样在冻融循环初期冻胀变形比较大，之后变形趋于稳定，后期土样出现较小的沉降变形；冻融使得黄土样的干密度逐渐减小，且冻融循环剧烈的上部干密度较下部较小。梁波等[8]在冻融试验时发现由于水分向冻结峰面迁移，从初始阶段的含水率平均分布，发展到土样下部含水量减小，而上部含水率增大。

4 冻融条件对力学性质的影响

刘寅[9]考虑了不同初始含水率、不同冷端温度以及不同循环次数三个影响因素，基于静三轴试验研究土样的冻融特性及冻融循环次数对黄土力学性质的影响，冻融循环试验揭示了黄土强度参数的变化，粘聚力在经过一定次数的冻融循环之后降到最低值并趋于稳定，内摩擦角总趋势上略有增大，规律不明显。对比冻融作用下对不同含水量、不同干密度和不同水泥含量土样的抗剪强度，试验发现经过冻融后的土样粘聚力变大而内摩擦角无明显变化，含水量和水泥含量对冻融前后的土样的抗剪强度均有影响。孙勇等[10]选取一定深度天然盐渍土，控制其在一定密度和一定含水率状态下进行多次冻融循环试验，试验结果表明：在多次冻融循环之后，其粘聚力呈现先增大后降低的趋势，而内摩擦角呈现不断增大的趋势。

5 结论

通过已有的试验分析，冻融循环下土体的物理力学性质会发生一定的改变，影响因素包括密度、含水率、强度指标、压缩系数等。由于河道淤泥气泡混合土是由淤泥、水、固化剂、气泡剂等搅拌而成，其配比的不同会直接对气泡混合土本身性质产生影响，另外土质、冻结温度、冻结时间以及外荷载等一些因素会对冻融循环下土的物理力学性质产生不同的影响。研究冻融循环下河道淤泥气泡混合土的物理力学性质不仅需要考虑冻融前后指标的变化情况，还需考虑一些外在影响因素。

综上分析，国内外对冻融作用进行了广泛的研究，但是由于土质差异、试验方法不同、试验仪器条件不同等因素，基于冻融作用对于土的物理力学性质影响研究并没有较为统一的系统性的结论。