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摘要：针对盐渍土，对现场所取土样进行一系列室内试验后，重新配制了五种粉粘粒含量不同的盐渍土土样，分别对其进行冻胀和盐胀试验。通过试验得到五种土样的冻胀盐胀量随温度的变化规律，进而分析其原因；同时也得出了粉粘粒含量变化对五种土样冻胀盐胀量的影响规律，并对粉粘粒含量与冻胀盐胀量的关系进行了量化分析。
关键词：盐渍土 粉粘粒 冻胀 盐胀土样
Abstract: a series of indoor tests for saline soil, the soil on-site sample, reconstituted five powder clay content soil samples of saline soil, respectively, heave and salt expansion test. Five soil samples of the frost heave amount of salt expansion with temperature variation through the test, analyze its causes; also obtained powder clay content changes on the five soil samples frost heave amount of salt expansion, and powder clay content and frost heaving salt expansion amount of a quantitative analysis.Keywords: saline soil powder clay frost heaving soil salt expansion
中圖分类号 ：TU448 文献标识码：A文章编号：
0 引 言
盐渍土是含盐量超过一定数量的土。交通部《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）规定[1]，当土中的易溶盐含量超过0.5％时称为盐渍土。盐渍土与素土的区别在于前者含一定量的易溶盐，当这种盐类完全溶解于水中时，过饱和的盐分便以固体的结晶赋存于土颗粒之间，起着骨架作用，此时，作为土的固相体则包含盐粒，为了强调易溶盐的存在，特将这种随温度和水分而变相态的易溶盐称为“易溶盐相”。所以，盐渍土可以看成是固相、液相、气相和易溶盐四相体，其工程性质也有别于一般土。在此，笔者仅研究盐渍土的冻胀、盐胀性质[5]。
1土样的易溶盐含量和粉粘粒含量
本试验按照《公路土工试验规程》（JTJ051-93）中规定[2]，在现场取了不同桩号和不同深度的7种土样，经土样组合及对易溶盐含量分析、土颗粒分析、土样化学成分分析等试验后，对原土样进行了重新调配，目的是调配出粉粘粒依次为10％、20％、30％、40％、50％的五种土样（以0.05mm为粉粘粒的界限），且五种土样的易溶盐含量（特别是硫酸根）基本一致[3]。
对新调配的五种土样分别计算粉粘粒含量和易溶盐含量，见表1。
表1 土样易溶盐含量和粉粘粒含量/％
土样号 易溶盐总量 SO42- 0.05mm以下含量
1 2.649 0.869 10.5
2 2.696 0.899 20.3
3 2.507 0.859 30.2
4 2.727 0.919 40.6
5 2.578 0.894 49.7
2盐渍土的冻胀盐胀试验
2.1试验仪器及试验方法
（1）试验仪器：低温循环浴两台；环境箱两台；模具两套；千分表两只；热敏电阻十只；其他若干（包括保温材料、连接管、烘箱、电子称、拌土设备）。
（2）试验方法及试验仪器连接
本试验采用模拟试验方法，即模拟自然界中秋天至冬天温度逐步降低，土体温度也是从上部向下逐步降低的现象。因此，在土体的顶面至底面分别加一温度场，使土体上、下端温度均由一定的温度下降，而且上、下端土体的温度保持5℃温差，同时保持环境箱的温度比土体顶端温度高，以模拟自然界的地温对路基土体盐胀区温度的牵制作用，即随着深度的增加，土体上部的温度变化对土体的影响越来越小。为使模拟的温度和自然界变化规律接近，降温速率设为0.5℃/h，从+20℃降到-20℃，共经历80h。
试验仪器的连接示意图见图1和图2。试验中，一台低温循环浴连通土体顶端的制冷头以控制土体顶端的温度，另一台低温循环浴连通土体底端的制冷头以控制土体底的温度。在环境箱内放两套模具，在试件中以6cm间隔埋设热敏电阻以量测土体中的温度和温度梯度。在试样顶面的制冷头上放一只千分表以量测磷酸盐渍土体在温度变化过程中的冻胀盐胀量。
2.2试验方案
（1）研究对象
为了定量研究不同粉粘粒含量硫酸盐渍土在降温过程中的冻胀盐胀量规律，分别按五种土样的最佳含水量和压实度0.93制备土样。成型及其方法均以《公路土工试验规程》（JTJ051－93）为准则。
（2）试样尺寸
试验高18.5cm，直径10.0cm。
（3）试验步骤
①误差标定
将仪器连接好并让其空负荷运转，如无异常情况，即为仪器完好。然后对仪器进行系统误差标定，并记录其标定值。以后不再重复此步骤。
②试样制备
将土样用烘箱烘干后配成所需的初始含水量的土样。拌和后用塑料袋密封24h，按照已定的初始含水量、0.93压实度计算装满高18.5cm、内径10.0cm的模具所需土的质量，为使试样密度均匀，将土样分10层击入模具，通过控制土的体积来控制土的初始干密度。同时将热敏电阻以6cm的间隔埋置于土样中。
③试样就位
把装好试样的模具放入环境箱中，将两套模具中土样上端的两个制冷头用橡皮管并联接入一台低温循环浴，同样，将土样下端的两个制冷头并联接入另一台低温循环浴，在橡皮管外包一层海绵保温管。用磁力表架在试样顶面的制冷头上安装千分表。最后检查环境箱的密封性，如密封不严，用海绵将其空隙塞紧。
④进行试验
试样就位后，开启低温循环浴。土体上下端的温度均手动控制，每1h调低0.5℃，从+20℃降至-20℃，共80h。
3试验结果及分析
3.1试验过程曲线
通过试验得到了五种土样的冻胀盐胀量随温度的变化规律，如图3所示。
从盐胀冻胀过程可以看出，土样的冻胀盐胀量随温度的降低而增加，当温度下降到+10℃左右时，冻胀盐胀量显著增加，一直到-10℃左右，超过-10℃以下，冻胀盐胀量基本稳定，分析其原因，有以下两方面：
（1）制样时温度较高，硫酸钠在土中呈液态，当温度下降到+10℃时，晶体硫酸钠含量增加，所以土样明显膨胀；
（2）当温度下降到0℃以下，土样中的水分开始结冰，但当温度下降到-10℃时，硫酸钠的相态变化（从液态到固态）已基本完成，土中的水分也大部分已经结冰，所以温度继续下降时，冻胀盐胀基本稳定。
3.2试验结果
表2土样的冻胀盐胀量数据表
土样号 1 2 3 4 5
含水量/％ 7.85 9.51 10.60 11.01 12.50
干密度/g·cm-3 1.818 1.804 1.798 1.779 1.772
膨胀量/mm 0.96 1.17 1.86 2.36 2.58
膨胀量/％ 0.524 0.632 1.005 1.276 1.395
3.3粉粘粒含量的变化对盐渍土冻胀盐胀量的影响分析
土样冻胀盐胀数据见表2，根据表2中的基本数据，采用一元多项式回归的数学模型，可以回归出粉粘粒的变化对冻胀盐胀量的以下情况。
其回归曲线见图4。
其回归方程式为：Y=-3×10-5X3+0.0031X2-0.0547X+0.7944，
相关系数：R2=0.9976,
回归方程中：Y－冻胀盐胀量（％）；
X－粉粘粒含量（％）。
从图中可见：
（1）盐渍土中硫酸钠的含量多少是决定膨胀程度的主要因素[6]。在一定的含水量和干密度情况下，土体孔隙中溶解一定的硫酸钠，在含量较低情况下，随着含盐量增加，溶解的硫酸钠随着温度的降低，结晶析出的越来越多，由于Na2SO4结晶成为Na2SO4·10H2O体积可增大3.1倍，所以含盐量增加会导致土体体积盐胀量增加，但是这种增加并不是与含盐量增加成正比例的，其原因是Na2SO4含量增加到一定程度后，过量Na2SO4不能溶于水中，而是以颗粒状存在于土中，此时土体中若有充足的水分则可与之结合形成晶体，但是土中水分往往是有限的，这些水分在降温后就结晶析出了，而可以通过水分迁移方式输送的水分也有限度。因此，含盐量达到一定程度后，含盐量继续增加只能少量增加盐胀量。
（2）盐渍土中粉粘粒的含量多少是决定膨胀量的另一主要因素[4]。外界水分的补给是造成土体严重冻胀的重要因素，在封闭系统的冻胀试验条件下，由于没有外界水源的供给，所测得的冻胀量是原位冻胀量，与有水源供给条件下的分凝冻胀相比很小。
另外，在未冻状态下，土水势相同时，土的持水能力为：粘粒＞粉粒＞砂粒；冻结状态下，负温相同时，未冻水含量为：粘粒＞粉粒＞砂粒，而导热系数为：粉粒＞粘粒＞砂粒。从而导致其他条件相同的情况下，粉粒含量低的土冻胀量小。已有的试验表明，当粉粘粒含量小于12％时，即使在充分饱和的条件下，冻胀率不大于2％，当粉粘粒含量大于12％后，冻胀率明显增大。因此，试验结果表现为随着粉粘粒含量增加，冻胀盐胀量也随之增加；同时，当粉粘粒含量增加到一定量以后（粉粘粒含量达40％），冻胀盐胀量随着粉粘粒含量增加而增加的趋势减小。实际上测试的膨胀量应包含盐胀量和冻胀量两部分，可以假设盐胀量基本相同，但冻胀量随粉粘粒含量的增加而增加，但当粉粘粒含量增加到一定量以后（粉粘粒含量达40％），土样中未冻水的含量急剧增加，导致冻胀量并非随粉粘粒含量增加而一直增加，而是增加的趋势减小。所以，实际上测试的冻胀盐胀量随粉粘粒含量的增加而增加。
4 结 语
盐渍土作为一种特殊土质，有其自身的特点，在工程中也应特殊处理。本文对五种不同含量粉粘粒（即10％、20％、30％、40％、50％）鹽渍土土样进行冻胀、盐胀试验，分析结果发现：
（1）盐渍土随着粉粘粒含量增加，冻胀盐胀量也随之增加，且随着粉粘粒含量达到一定量后，冻胀盐胀量的增加趋势有所减小。
（2）盐渍土冻胀盐胀量随温度降低而增加，温度在+10℃和-10℃之间时，冻胀盐胀量显著增加，超过-10℃以下，冻胀盐胀量基本处于稳定状态。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部交通部.《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）.北京：人民交通出社，2004.
[2]中华人民共和国交通部行业标准.公路土工试验规程（JTJ051-93）.北京：人民交通出社，1993.
[3]新疆公路学会.盐渍土地区公路设计与施工指南[M].北京：人民交通出社，2006.
[4]徐学祖.土体冻胀和盐胀机理[M].北京：科学出版社，1999.
[5]黄立度.硫酸盐渍土道路盐胀病害的基本特征及其防治[J].中国公路学报，2002,26(2):108-111.
[6]高江平.硫酸盐渍土盐胀特性各影响因素间交互作用规律的分析[J].中国公路学报，2001,17(1):62-65.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：盐渍土 粉粘粒 冻胀 盐胀土样
Abstract: a series of indoor tests for saline soil, the soil on-site sample, reconstituted five powder clay content soil samples of saline soil, respectively, heave and salt expansion test. Five soil samples of the frost heave amount of salt expansion with temperature variation through the test, analyze its causes; also obtained powder clay content changes on the five soil samples frost heave amount of salt expansion, and powder clay content and frost heaving salt expansion amount of a quantitative analysis.Keywords: saline soil powder clay frost heaving soil salt expansion
中圖分类号 ：TU448 文献标识码：A文章编号：
0 引 言
盐渍土是含盐量超过一定数量的土。交通部《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）规定[1]，当土中的易溶盐含量超过0.5％时称为盐渍土。盐渍土与素土的区别在于前者含一定量的易溶盐，当这种盐类完全溶解于水中时，过饱和的盐分便以固体的结晶赋存于土颗粒之间，起着骨架作用，此时，作为土的固相体则包含盐粒，为了强调易溶盐的存在，特将这种随温度和水分而变相态的易溶盐称为“易溶盐相”。所以，盐渍土可以看成是固相、液相、气相和易溶盐四相体，其工程性质也有别于一般土。在此，笔者仅研究盐渍土的冻胀、盐胀性质[5]。
1土样的易溶盐含量和粉粘粒含量
本试验按照《公路土工试验规程》（JTJ051-93）中规定[2]，在现场取了不同桩号和不同深度的7种土样，经土样组合及对易溶盐含量分析、土颗粒分析、土样化学成分分析等试验后，对原土样进行了重新调配，目的是调配出粉粘粒依次为10％、20％、30％、40％、50％的五种土样（以0.05mm为粉粘粒的界限），且五种土样的易溶盐含量（特别是硫酸根）基本一致[3]。
对新调配的五种土样分别计算粉粘粒含量和易溶盐含量，见表1。
表1 土样易溶盐含量和粉粘粒含量/％
土样号 易溶盐总量 SO42- 0.05mm以下含量
1 2.649 0.869 10.5
2 2.696 0.899 20.3
3 2.507 0.859 30.2
4 2.727 0.919 40.6
5 2.578 0.894 49.7
2盐渍土的冻胀盐胀试验
2.1试验仪器及试验方法
（1）试验仪器：低温循环浴两台；环境箱两台；模具两套；千分表两只；热敏电阻十只；其他若干（包括保温材料、连接管、烘箱、电子称、拌土设备）。
（2）试验方法及试验仪器连接
本试验采用模拟试验方法，即模拟自然界中秋天至冬天温度逐步降低，土体温度也是从上部向下逐步降低的现象。因此，在土体的顶面至底面分别加一温度场，使土体上、下端温度均由一定的温度下降，而且上、下端土体的温度保持5℃温差，同时保持环境箱的温度比土体顶端温度高，以模拟自然界的地温对路基土体盐胀区温度的牵制作用，即随着深度的增加，土体上部的温度变化对土体的影响越来越小。为使模拟的温度和自然界变化规律接近，降温速率设为0.5℃/h，从+20℃降到-20℃，共经历80h。
试验仪器的连接示意图见图1和图2。试验中，一台低温循环浴连通土体顶端的制冷头以控制土体顶端的温度，另一台低温循环浴连通土体底端的制冷头以控制土体底的温度。在环境箱内放两套模具，在试件中以6cm间隔埋设热敏电阻以量测土体中的温度和温度梯度。在试样顶面的制冷头上放一只千分表以量测磷酸盐渍土体在温度变化过程中的冻胀盐胀量。
2.2试验方案
（1）研究对象
为了定量研究不同粉粘粒含量硫酸盐渍土在降温过程中的冻胀盐胀量规律，分别按五种土样的最佳含水量和压实度0.93制备土样。成型及其方法均以《公路土工试验规程》（JTJ051－93）为准则。
（2）试样尺寸
试验高18.5cm，直径10.0cm。
（3）试验步骤
①误差标定
将仪器连接好并让其空负荷运转，如无异常情况，即为仪器完好。然后对仪器进行系统误差标定，并记录其标定值。以后不再重复此步骤。
②试样制备
将土样用烘箱烘干后配成所需的初始含水量的土样。拌和后用塑料袋密封24h，按照已定的初始含水量、0.93压实度计算装满高18.5cm、内径10.0cm的模具所需土的质量，为使试样密度均匀，将土样分10层击入模具，通过控制土的体积来控制土的初始干密度。同时将热敏电阻以6cm的间隔埋置于土样中。
③试样就位
把装好试样的模具放入环境箱中，将两套模具中土样上端的两个制冷头用橡皮管并联接入一台低温循环浴，同样，将土样下端的两个制冷头并联接入另一台低温循环浴，在橡皮管外包一层海绵保温管。用磁力表架在试样顶面的制冷头上安装千分表。最后检查环境箱的密封性，如密封不严，用海绵将其空隙塞紧。
④进行试验
试样就位后，开启低温循环浴。土体上下端的温度均手动控制，每1h调低0.5℃，从+20℃降至-20℃，共80h。
3试验结果及分析
3.1试验过程曲线
通过试验得到了五种土样的冻胀盐胀量随温度的变化规律，如图3所示。
从盐胀冻胀过程可以看出，土样的冻胀盐胀量随温度的降低而增加，当温度下降到+10℃左右时，冻胀盐胀量显著增加，一直到-10℃左右，超过-10℃以下，冻胀盐胀量基本稳定，分析其原因，有以下两方面：
（1）制样时温度较高，硫酸钠在土中呈液态，当温度下降到+10℃时，晶体硫酸钠含量增加，所以土样明显膨胀；
（2）当温度下降到0℃以下，土样中的水分开始结冰，但当温度下降到-10℃时，硫酸钠的相态变化（从液态到固态）已基本完成，土中的水分也大部分已经结冰，所以温度继续下降时，冻胀盐胀基本稳定。
3.2试验结果
表2土样的冻胀盐胀量数据表
土样号 1 2 3 4 5
含水量/％ 7.85 9.51 10.60 11.01 12.50
干密度/g·cm-3 1.818 1.804 1.798 1.779 1.772
膨胀量/mm 0.96 1.17 1.86 2.36 2.58
膨胀量/％ 0.524 0.632 1.005 1.276 1.395
3.3粉粘粒含量的变化对盐渍土冻胀盐胀量的影响分析
土样冻胀盐胀数据见表2，根据表2中的基本数据，采用一元多项式回归的数学模型，可以回归出粉粘粒的变化对冻胀盐胀量的以下情况。
其回归曲线见图4。
其回归方程式为：Y=-3×10-5X3+0.0031X2-0.0547X+0.7944，
相关系数：R2=0.9976,
回归方程中：Y－冻胀盐胀量（％）；
X－粉粘粒含量（％）。
从图中可见：
（1）盐渍土中硫酸钠的含量多少是决定膨胀程度的主要因素[6]。在一定的含水量和干密度情况下，土体孔隙中溶解一定的硫酸钠，在含量较低情况下，随着含盐量增加，溶解的硫酸钠随着温度的降低，结晶析出的越来越多，由于Na2SO4结晶成为Na2SO4·10H2O体积可增大3.1倍，所以含盐量增加会导致土体体积盐胀量增加，但是这种增加并不是与含盐量增加成正比例的，其原因是Na2SO4含量增加到一定程度后，过量Na2SO4不能溶于水中，而是以颗粒状存在于土中，此时土体中若有充足的水分则可与之结合形成晶体，但是土中水分往往是有限的，这些水分在降温后就结晶析出了，而可以通过水分迁移方式输送的水分也有限度。因此，含盐量达到一定程度后，含盐量继续增加只能少量增加盐胀量。
（2）盐渍土中粉粘粒的含量多少是决定膨胀量的另一主要因素[4]。外界水分的补给是造成土体严重冻胀的重要因素，在封闭系统的冻胀试验条件下，由于没有外界水源的供给，所测得的冻胀量是原位冻胀量，与有水源供给条件下的分凝冻胀相比很小。
另外，在未冻状态下，土水势相同时，土的持水能力为：粘粒＞粉粒＞砂粒；冻结状态下，负温相同时，未冻水含量为：粘粒＞粉粒＞砂粒，而导热系数为：粉粒＞粘粒＞砂粒。从而导致其他条件相同的情况下，粉粒含量低的土冻胀量小。已有的试验表明，当粉粘粒含量小于12％时，即使在充分饱和的条件下，冻胀率不大于2％，当粉粘粒含量大于12％后，冻胀率明显增大。因此，试验结果表现为随着粉粘粒含量增加，冻胀盐胀量也随之增加；同时，当粉粘粒含量增加到一定量以后（粉粘粒含量达40％），冻胀盐胀量随着粉粘粒含量增加而增加的趋势减小。实际上测试的膨胀量应包含盐胀量和冻胀量两部分，可以假设盐胀量基本相同，但冻胀量随粉粘粒含量的增加而增加，但当粉粘粒含量增加到一定量以后（粉粘粒含量达40％），土样中未冻水的含量急剧增加，导致冻胀量并非随粉粘粒含量增加而一直增加，而是增加的趋势减小。所以，实际上测试的冻胀盐胀量随粉粘粒含量的增加而增加。
4 结 语
盐渍土作为一种特殊土质，有其自身的特点，在工程中也应特殊处理。本文对五种不同含量粉粘粒（即10％、20％、30％、40％、50％）鹽渍土土样进行冻胀、盐胀试验，分析结果发现：
（1）盐渍土随着粉粘粒含量增加，冻胀盐胀量也随之增加，且随着粉粘粒含量达到一定量后，冻胀盐胀量的增加趋势有所减小。
（2）盐渍土冻胀盐胀量随温度降低而增加，温度在+10℃和-10℃之间时，冻胀盐胀量显著增加，超过-10℃以下，冻胀盐胀量基本处于稳定状态。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部交通部.《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）.北京：人民交通出社，2004.
[2]中华人民共和国交通部行业标准.公路土工试验规程（JTJ051-93）.北京：人民交通出社，1993.
[3]新疆公路学会.盐渍土地区公路设计与施工指南[M].北京：人民交通出社，2006.
[4]徐学祖.土体冻胀和盐胀机理[M].北京：科学出版社，1999.
[5]黄立度.硫酸盐渍土道路盐胀病害的基本特征及其防治[J].中国公路学报，2002,26(2):108-111.
[6]高江平.硫酸盐渍土盐胀特性各影响因素间交互作用规律的分析[J].中国公路学报，2001,17(1):62-65.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。