高寒地区高氯盐渍土力学特性实验及动强度模型研究

The overlapping areas of saline soil and seasonal frozen soil,roadbed filler is exposed to the natural environment,under the role of the repeatedly natural warming and cooling,the subgrade will appear special mechanical properties, as well as salt expansion, frost heave, subsidence and other diseases;at the same time, due to the soil contains lots of chloride salts in Chaerhan area,it will directly affect the freezing temperature of the soil.In this study, first of all through on-site geotemperature experiment,determined the different depths soil characteristics temperature in the cold season and the saline soil regions,which provide the cryogenic mechanical experiments and cooling - heating cycle experiment of upper and lower limit values; after that, cold region high chlorine saline soil the mechanical properties experiment and the cooling - heating cycle mechanical experiment be conducted in a low temperature environment, use low temperature room, low temperature box, direct shear apparatus and cryogenic static triaxial apparatus in the indoor test. So analyze cold region high chlorine saline soil changes in characteristics of the mechanical behavior under different water content, temperature change and the cooling - heating cycles; Finally, the test results would be calculated and analyzed through the use of modern soil mechanics, damage mechanics, frozen soil mechanics and reliability theory and other methods. The mechanical characteristics and dynamic strength model of high chlorine saline soil are researched.

盐渍土与季节性冻土分布相重合的地区，路基填料暴露于自然环境下，在天然降温和升温反复作用下，盐渍土路基会出现特殊的力学特性，并发生盐胀，冻胀、沉陷等病害；同时由于察尔汗地区盐渍土土体中含有大量的氯盐，会直接影响土体的冻结温度。本课题首先通过现场地温实验，确定察尔汗地区盐渍土在寒季不同深度位置的土体特征温度，以提供低温力学实验和降升温循环实验的温度上下限值；之后通过室内的低温室、低温箱、直剪仪和低温静、动三轴仪等仪器设备，对寒区高氯盐渍土进行低温环境下的力学特性和升降温循环力学实验研究，分析寒区高氯盐渍土不同含水量、不同地层温度变化的力学特性变化规律和不同降升温循环次数作用下高氯盐渍土力学变化特性；最后运用现代岩土力学、损伤力学、冻土力学及可靠度理论等方法对试验结果分析计算，研究低温环境下寒区高氯盐渍土力学特性，提出动强度模型。

项目首先研究了高盐度土壤在冷却过程中的体积行为和抗剪强度参数。沿青藏高原高速公路采集盐度为36％~2.6％的细粒盐渍土进行实验室冷却和直剪试验。获得土壤样品的冷却曲线以评估由盐度引起的冰点降低。提出了冷却过程中的体积变化数据。直接剪切试验在20℃至-20℃的温度下以10℃的间隔进行，以获得剪切应力-应变行为和变化的剪切强度参数，包括内聚力和摩擦角。同时研究增加水分含量对剪切强度指标的影响。结果表明，含盐量> 0.5％的硫酸盐盐渍土由于盐结晶和芒硝的形成而表现出大的体积膨胀。结果发现，当温度从20℃降至-20℃时，高盐度土壤的剪切应力-应变曲线呈现应变软化行为，摩擦角保持变化不大，凝聚力增加。高盐度土壤中的孔隙水冻结对土壤强度的影响不如对非盐渍土壤那么大。此外，由于饱和度增加和水-土界面张力降低导致基质吸力减少，水分含量增加3％会使内聚力降低60-90％。其次，针对两种具有不同类型盐的高盐度土壤，评估冻融循环对体积和低温剪切行为的影响。详细描述了包括冻融循环和三轴试验的测试程序。给出了体积变化和低温应力-应变行为和剪切强度参数的实验结果，分析了剪切强度参数变化的原因。研究结果表明，氯盐含量高（≥15％）和硫酸盐含量低（≤0.5％）的土壤表现出非常小的体积收缩，而氯盐含量低（≤5％）和高硫酸盐的土壤-盐含量（≥1.5％）在冻融循环后表现出非常大的体积膨胀。对于两种类型的盐渍土在经历冻融循环后，空隙率和应力-应变行为均存在残留状态。最后，在温度梯度条件下进行静载荷和动载荷试验，得到体积变化规律，上覆压力可以有效地减少车身变形行为。