冻融循环作用下长春地区非湿陷性黄土状土性质变异性研究

【摘要】在寒冷地区，由于大气温度随气候周期性变化，从而导致处于这些地区的土体经历周期性冻结与融化。反复冻融循环作为强风化过程，强烈的改变着土的结构性，是导致土体劣化的重要原因。着眼于冻胀和融沉对土微结构的改变以及由此导致的土力学性质的改变，并总结规律寻求定量化描述，来研究由于冻融循环而造成的土体物理力学性质的变化，对冻土力学的发展及寒区工程建设有着十分重要的意义。长春地区黄土状土在通常情况下不具有湿陷性。较高的粘粒含量产生的粒间连结力，结构上相对稳定且可溶盐含量少，含水率较高，这些因素使土的湿陷速度减慢甚至消失。但长春处于东北严寒地区，冻融循环往往会加剧黄土状土的劣化破坏，反复冻融也会使得土体内部的水分重新分布，孔径及粒径均发生变化。因此，研究反复冻融循环条件对长春黄土状土的物理性质、湿陷性、微观结构等的影响很有必要。关于长春地区黄土状土的冻融作用，很多学者已经做了大量研究。研究主要集中在水分迁移、盐分变化、温度改变等，而对黄土状土工程性质的改变涉及较少。本文将主要研究冻融循环作用对长春地区黄土状土物理力学性质的影响，包括粒度成分、液塑限、湿陷性特征等随冻融循环作用的改变，并从微观结构的角度，揭示其性质改变的机理。本文研究采用的黄土状土样取自长春地区地表以下5米，在天然状态下未经历过冻融循环，而后制备与原状样相同干密度不同含水率的人工样。使长春地区黄土状土在不同的初始状态下（相同干密度不同含水率）进行反复冻融循环试验（冻融循环次数为0、1、3、6、10、15、20次），冷冻温度为-23℃，融化温度为室温，以48h为一个冻融周期。然后对土样进行各项物理性质指标以及湿陷性测试，并利用扫描电镜与压汞仪对土样在冻融循环前后微观结构的变化特征进行定性定量分析。通过研究冻融循环作用对长春地区黄土状土微观结构的改变，以及由此导致的物理力学指标和湿陷性的改变，本文揭示了冻融循环作用对长春黄土状土湿陷性影响的机制并初步建立了冻融循环次数与黄土状土物理力学性质之间的定性定量关系。研究发现长春地区非湿陷性黄土状土在冻融循环作用下，随冻融循环次数的增加，人工样和原状样的液限和塑性指数与干密度均减小，处于粉粒组的颗粒的粒径发生了双向变化，粘粒组的颗粒发生团聚作用，且随初始含水率的增加，性质变化更加显著。试验发现，冻融循环使不具湿陷性的重塑黄土状土产生湿陷性，而原状样并没有产生。对初始含水率为27.2%的人工样进行微观测试，发现其冻融20次后，小微孔隙减少，大孔隙大幅增多，产生了与黄土类似的架空结构，而冻融20次的原状样并没有产生类似的结构。研究成果为季节性冻土区黄土状土湿陷原因和机理研究提供一种新的思路。
【作者】陈宗芳；
【导师】陈慧娥；
【作者基本信息】吉林大学，岩土工程，2014，硕士
【关键词】冻融循环；黄土状土；湿陷性；颗粒分析；压汞试验；微观结构；

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