粗粒盐渍土路基变形性状的敏感参数及其路用评判指标研究

There is a large distribution of coarse-grained saline soil in Northwest China. The same as fine-grained saline soil, the coarse-grained saline soil is never adopted for embankment due to the lack of systematical analysis. The harm of coarse-grained saline soil is exaggerated, and ecological environment will also be influenced. In order to make effective use of local resources in Northwest China, and also to fully exert the practical value of coarse-grained saline soil, based on the recent studies on its engineering properties and the improvement of existing test method, the single factor test is carried out after the five factors controlling salt expansion are deemed as the cut-in point. Then, based on the orthogonal design method, the salt expansion experiment under the interaction of multiple factors is carried out. The prediction model of salt expansion rate is established using artificial neural network technology. The sensitive parameters and the corresponding controlling factors for the deformation behavior of coarse-grained saline subgrade are put forward.In the conditions of different freeze-thaw cycles, a large-scale model test and numerical method are also adopted for the research of the deformation mode of coarse-grained saline subgrade. The judge indexes for coarse-grained saline subgrade are made clear, and the corresponding theoretical basis for engineering design is provided. The basic data and scientific basis needed for the revise of corresponding criterion or specification of highway subgrade can also be provided.

西北地区分布着大面积的粗粒盐渍土，由于对其工程特性缺乏系统的理论研究，在进行路基设计时，粗粒盐渍土通常与细粒盐渍土一样被弃置，不仅片面夸大了粗粒盐渍土的危害，而且还将影响生态环境。为了有效利用西北地区当地资源，并充分发挥粗粒盐渍土的路用价值，本课题将在申请者近几年对粗粒盐渍土工程特性研究的基础上，对现有试验方法进行改进，以控制土体盐胀的五要素为切入点，基于单因素试验结果，通过正交设计方法开展多因素交互作用下的粗粒盐渍土盐胀试验研究，采用人工神经网络进行分析，建立粗粒盐渍土的盐胀率预报模型，提出粗粒盐渍土路基变形性状的敏感参数及其控制因素。进一步采用大比尺模型试验和数值方法，在不同冻融循环条件下，研究粗粒盐渍土路基的变形模式，明确粗粒盐渍土路堤填料的评判指标，为西北地区粗粒盐渍土路基填料的工程设计提供理论基础，并为我国公路路基相应规范（或规程）修订提供必要的基础数据与科学依据。

西北地区分布着大面积的粗粒盐渍土，由于对其工程特性缺乏系统的理论研究，在进行路基设计时，粗粒盐渍土通常与细粒盐渍土一样被弃置，其不仅片面夸大了粗粒盐渍土的危害，而且还将影响生态环境。为了有效利用西北地区当地资源，充分发挥粗粒盐渍土的路用价值，明确粗粒盐渍土路堤填料的评判指标，为西北地区粗粒盐渍土路基填料的工程设计提供理论基础。本项目开展的主要研究工作有：（1）典型粒径组合条件下粗粒盐渍土盐胀率预报模型研究；（2）粗粒盐渍土路基变形性状的敏感参数研究；（3）多因素交互作用下粗粒盐渍土路基变形的控制指标研究；（4）粗粒盐渍土用于路基填料的评判指标研究。.基于过5mm筛的易溶盐含量配制法，分别配制典型粒径组合条件下级配良好的细粒土质砂、含细粒土砂和细粒土质砾亚硫酸盐渍土和硫酸盐渍土，采用高低温试验箱、大型盐胀试验装置和大型溶陷试验装置等仪器设备，通过单因素盐胀试验、多因素交互作用下的盐胀试验、溶陷试验和大型冻融试验等方法对粗粒盐渍土开展综合研究，主要研究成果有：（1）粗粒盐渍土的盐胀起胀温度基本与降温持续时间、含盐量、初始密度正相关，与含水率和附加荷载负相关；（2）氯离子不仅可以降低粗粒硫酸盐渍土的起胀温度，而且对其盐胀量具有抑制作用；（3）粗粒硫酸盐渍土的盐胀敏感温度区间主要集中于-5℃～-10℃，粗粒亚硫酸盐渍土的盐胀敏感温度区间主要集中于-10℃～-15℃；（4）粗粒硫酸盐渍土的起胀含盐量约为0.3%，粗粒亚硫酸盐渍土的起胀含盐量约为0.5%；（5）粗粒硫酸盐渍土和粗粒亚硫酸盐渍土的破坏含盐量界限值基本在2%左右；（6）建立了粗粒硫酸盐渍土盐胀率的简化预测模型和粗粒亚硫酸盐渍土盐胀率的简化预测模型；（7）通过建立6组BP神经网络模型，基于SPSS逐步回归分析，得到了盐胀率影响因素的权重，明确了各因素对盐胀率的影响程度及其敏感性；（8）基于盐胀率预报方程，提出了盐胀率随显著性因素（含盐量、含水率、上覆荷载和含盐量与含水率交互作用）的变化规律；（9）提出了粗粒硫酸盐渍土和粗粒亚硫酸盐渍土作为路基填料的控制指标和评判指标。研究成果可以为我国公路路基相应规范（或规程）修订提供必要的基础数据与科学依据。