水热力作用下寒区盐渍土冻胀盐胀机理、力学特性及其本构模型研究

The expansion of saline soil may contribute from the crystallization of saline and pore-water and often causes diseases in foundation and subgrade involving saline soil. To change the history of frequent treatment and damage in the foundation and subgrade involving saline soil. But,the current research of the coupling effects between heave and salt expansion on saline soil is less.The theoretical depth is not enough and the research is mainly by qualitative analysis and empirical formula.This project focuses on the crystallization mechanism and its effect on the soil deformation and deformation modulus. Four main issues will be carried out, which are: (1) Crystallization test of saline solution is used to study the crystallization process and mechanism of saline soil; (2) Theoretical study and numerical simulation are used to study the relation between the generation of crystal and the deformation of soil body; (3) Freeze test of soil is used to study the characteristic of soil deformation induced by the crystallization of saline and pore-water; (4) Physical model is to be developed for the calculation of soil deformation and modulus based on the thermal-water-force condition of saline soil.

寒区盐渍土由于受到盐胀和冻胀的双重作用，给寒区工程带来大量病害。为了改变盐渍土地基、路基常坏常修的历史，需要深化对盐渍土工程特性方面的认识。目前盐渍土冻胀盐胀耦合效应研究不足，且理论深度不够，以定性分析，经验公式为主。由于盐渍土盐胀冻胀主要是由于水分，盐分结晶引起，本项目以盐分水分结晶物为核心开展盐渍土盐胀冻胀机理和理论研究，主要内容包括：(1) 使用不同盐分，浓度的盐溶液进行降温结晶实验。建立模型预测不同盐分、水分条件下的结晶量和结晶成分、体积。(2) 通过理论分析和PFC数值模拟，研究结晶物变形量和盐渍土整体变形量之间的关系。（3） 选用我国西部典型低液限粘土进行冻胀实验，研究盐分和含水量对土体体积变形和体积模量的影响。（4）以结晶量和结晶压力为状态变量，建立变形量和体积模量的理论计算模型。并使用实验数据对本构模型进行验证。

本项目致力于揭示水热力变化条件下盐渍土的冻胀盐胀机理，掌握其盐渍土工程特性，并建立相应的物理模型。为达到这些目的，本项目首先选用我国西部典型低液限粘土进行实验，人工制备不同盐分，含水量的土样用于室内冻胀试验。冻胀实验用于研究盐渍土变形量和体积模量随温度降低而发生变化的规律；重点考察盐分和含水量对土体体积变形和体积模量的影响。本项目的主要研究工作和成果包括：(1) 盐渍土盐胀机理及盐胀模型的研究：为揭示盐渍土盐胀机理，采用不同盐分、不同浓度的盐溶液进行降温结晶实验，探讨了不同因素对盐胀的影响。基于相平衡理论，推导了硫酸钠结晶公式。采用微观试验，研究了土在盐结晶过程中的变形规律。基于试验结果，找出控制盐胀的基本变量，建立盐胀预测模型； (2) 盐渍土水盐迁移机理的研究：通过现场试验和无载、静载及动载下的室内试验，基于现场段土体的热状态变化和降水特征，研究冻结过程中盐渍土水分迁移和盐分迁移规律，分析不同载荷情况下路基变形特点；(3) 非饱和土冻胀规律及微观机理研究:基于国内外冻土，特别是非饱和土的冻结特变强度特性、微观机理等研究成果，通过冻结温度试验、土样的抗剪强度试验(常温、风干、冻结试样)、三维等温体变试验、LSCM微观机理试验、低温冷台非饱和土冻结微观试验等，分析非饱和土的冻结强度及体变特性，并建立了相应的强度和变形预测模型。