濱海鹽漬土理化性質(zhì)試驗(yàn)研究

濱海鹽漬土理化性質(zhì)試驗(yàn)研究

1黃東南角鹽漬土物理、水理性質(zhì)的變化鹽是土壤。當(dāng)土壤中的可溶性鹽含量高于0.3%，并具有溶解、腫脹、侵蝕等技術(shù)特征時(shí)，應(yīng)考慮鹽漬土。土中存在鹽分,常規(guī)的“三相”物質(zhì)體系變成了“四相”物質(zhì)體系。鹽分以晶體、溶液或兩者皆有的形式存在,導(dǎo)致鹽漬土的物理、水理性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)變化。濱海鹽漬土大多為氯鹽漬土。濱海地區(qū)具有地下水位淺、降水頻繁、四季溫差明顯等特點(diǎn),所以濱海鹽漬土在工程特性上不同于內(nèi)陸鹽漬土。對(duì)河北省黃驊市濱海鹽漬土樣品進(jìn)行了含鹽量與土的物理、水理性質(zhì)試驗(yàn),并分析了含水率和含液率對(duì)土的干密度、孔隙比和飽和度的影響,土的含鹽量與粒度測(cè)試結(jié)果間的關(guān)系,探討了含鹽量與土的塑性指標(biāo)之間的變化規(guī)律。為保證試驗(yàn)結(jié)果的可比性,全部試驗(yàn)采用同一探坑采集的粘性土樣。2含水率的修正當(dāng)土中含有一定數(shù)量的易溶鹽時(shí),一部分鹽分為溶液,另一部分為固態(tài)。鹽漬土被烘干以后,都成為固體顆粒。按照含水率的定義,此時(shí)的土顆粒質(zhì)量中也包含了鹽粒質(zhì)量,使含水率的數(shù)值變小了。因此,在鹽漬土的研究中需要對(duì)含水率進(jìn)行修正,并將其更名為含液率(含鹽溶液率),以含液率代替含水率換算相關(guān)的干密度、孔隙比、飽和度等物理性質(zhì)指標(biāo)。所謂的含液率就是指土中鹽溶液的質(zhì)量除以土顆粒質(zhì)量和土中的固體鹽顆粒質(zhì)量之和,以百分比表示。對(duì)含水率的修正方法如下式:ωB=(ω?ωa)(1+B)1?(ω?ωa)+ωaωB=(ω-ωa)(1+B)1-(ω-ωa)+ωa,式中ωB為含液率;ω為烘干法測(cè)定的含水率;ωa為強(qiáng)結(jié)合水含水率,按風(fēng)干含水率的1.5倍計(jì)算;B為每100g水中溶解的鹽量(%),其值為易溶鹽含量C與含水率ω的比值,即:B=C/ω。進(jìn)行含水率和含液率的換算,其目的就是要比較純水含義上的含水率和鹽溶液含義上的含液率之間的數(shù)值差距,進(jìn)而判斷其對(duì)其他計(jì)算指標(biāo)的影響。3含水率對(duì)含液率及飽和比的影響依據(jù)上述公式,對(duì)探坑中不同含鹽量的粘土樣品分別按含水率、含液率對(duì)鹽漬土的干密度、孔隙比、飽和度3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果見表1。由表1看出:a.由于考慮的是鹽溶液,而非純水,含液率的計(jì)算式中固體物質(zhì)的質(zhì)量減少了,所以含液率高于含水率;b.按含水率計(jì)算的干密度值比含液率計(jì)算的干密度值高,原因是前者把溶液中的鹽納入了固體質(zhì)量中;c.按含水率計(jì)算的孔隙比比按含液率計(jì)算的孔隙比低,原因是前者把已經(jīng)溶于水的鹽分仍作為固體顆粒來(lái)考慮,從而加大了固體顆粒的體積;d.按含水率計(jì)算的飽和度比按含液率計(jì)算的飽和度低,原因是前者只考慮純水占據(jù)總孔隙的體積,不是考慮鹽溶液的體積。表1中樣品均為粘土。當(dāng)含水率與含液率的差值大于2.0%時(shí),干密度、孔隙比、飽和度的差值也較大,此時(shí)樣品的含鹽量超過(guò)了1.7%,認(rèn)為對(duì)物理性質(zhì)指標(biāo)有初步影響的界限含鹽量以2.0%為宜。4顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)影響土的工程性質(zhì)的主要因素是土的三相組成、土的物理狀態(tài)和土的結(jié)構(gòu)。在這三者中,起主要作用的無(wú)疑是三相組成。在三相組成中,關(guān)鍵的是固體顆粒的物質(zhì)成分和粒度。物質(zhì)成分不會(huì)隨含鹽量多少發(fā)生變化,而鹽份作為電解質(zhì)對(duì)土顆粒產(chǎn)生的團(tuán)聚作用會(huì)對(duì)利用斯托克斯(Stokes)定理測(cè)試土的顆粒級(jí)配產(chǎn)生影響。為探討含鹽量與顆粒分析結(jié)果間的關(guān)系,結(jié)合工程實(shí)際情況,人工制備了不同含鹽量的8個(gè)粘土土樣,考慮到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,含鹽量的上限為5%。用美國(guó)Micromeritics公司的SediGraph5100型X射線自動(dòng)粒度分析儀進(jìn)行了顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)。用六偏磷酸鈉作為樣品的分散劑,試驗(yàn)前用超聲波振蕩懸液20min,試驗(yàn)結(jié)果見表2。顆分結(jié)果表明,隨著含鹽量的增加,粘粒組(<5μm)顆粒逐漸增多,膠粒組(<2μm)顆粒減少,土顆粒進(jìn)入水中,即刻在顆粒周圍形成結(jié)合水膜。土中的易溶鹽含量越高,其溶液的電解質(zhì)就較多,土粒表面的雙電層受到壓抑,使土粒間斥力減弱,吸引力增大,促進(jìn)相互凝聚并加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié),使土的粒徑變大,導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差。所以,鹽漬土的顆粒級(jí)配分析應(yīng)該在洗鹽后進(jìn)行,反復(fù)清洗至溶液的電導(dǎo)率小于1000μS/cm為止。表2中的數(shù)據(jù)揭示,小于1μm的粒組,在含鹽量達(dá)到2%時(shí)顆粒發(fā)生團(tuán)聚;小于1.5μm的粒組,在含鹽量達(dá)到3%時(shí)顆粒發(fā)生團(tuán)聚;小于2μm的粒組,在含鹽量達(dá)到4%時(shí)顆粒發(fā)生團(tuán)聚,變成粗大顆粒,相應(yīng)的粒組含量減少,小于5μm的粒組和小于10μm的粒組也在含鹽量達(dá)到4%時(shí)粒組含量增加;25μm及以上的各個(gè)粒組,在含鹽量達(dá)到5%時(shí)粒徑級(jí)配變化很小;雖然小于1μm和小于1.5μm的粒組在含鹽量2%和3%時(shí)顆粒發(fā)生團(tuán)聚,但由于顆?？偭亢苌?所以其他粒組的含量并未增加很多。在含鹽量達(dá)到4%時(shí),小于2μm的粒組發(fā)生大規(guī)模的團(tuán)聚,使得5μm和10μm的粒組含量開始增加。2%的含鹽量是影響細(xì)粒土顆分結(jié)果的起始值,通常決定細(xì)粒土工程特性的粒組主要是粘粒。鹽漬土溶于水后,細(xì)小的土顆粒由于活性最強(qiáng),在鹽份的作用下膠粒組的顆粒首先發(fā)生團(tuán)聚,顆粒變粗;隨著含鹽量的增加,粘粒組的顆粒相繼發(fā)生團(tuán)聚;25μm及以上的各個(gè)粒組由于顆粒粗大,對(duì)土顆粒的吸附力較小,所以鹽份對(duì)其團(tuán)聚作用微弱。5液塑限和鹽液開放系統(tǒng)優(yōu)化的試樣檢測(cè)濱海鹽漬土多為細(xì)粒土,通常將細(xì)粒土吸附結(jié)合水的能力作為土的分類標(biāo)準(zhǔn)。為研究含鹽量對(duì)土的塑性指標(biāo)影響,按質(zhì)量比例摻和氯化鈉,人工制備了14種鹽漬土,在保濕器中靜置一晝夜,按照公路交通系統(tǒng)規(guī)范要求,用光電式液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行試驗(yàn),考慮到粘土的塑性范圍較寬,將含鹽量值提高到23%,使其產(chǎn)生過(guò)多的鹽晶體顆粒,增加粗顆粒含量,便于測(cè)試其塑性指標(biāo)變化,試驗(yàn)結(jié)果見圖1,液限和塑限為換算后的含液率。5.1含鹽量下降從圖1看出:a.隨著含鹽量的增加,液限含水率逐漸降低。含鹽量增加至23%時(shí),液限總體下降了約24%;b.含鹽量在11%以內(nèi),液限平均下降約10%;c.含鹽量在2%以內(nèi),液限平均下降只有1%。當(dāng)含鹽量在2%以內(nèi)時(shí),鹽分大多溶解在水中,以離子形式存在,鹽顆粒較少,所以對(duì)液限的影響很小;含鹽量3%～11%,土中鹽顆粒達(dá)到了一定的數(shù)量,粗顆粒成分逐漸增多,開始影響吸附水量的變化;超過(guò)11%含鹽量以后,粗顆粒已經(jīng)達(dá)到了一定的比例,液限下降幅度也就趨于平緩。濱海鹽漬土的含鹽量以小于2%者居多,所以判定含鹽量對(duì)濱海鹽漬土的液限試驗(yàn)值影響不大。5.2土壤含鹽量對(duì)土壤細(xì)顆粒的影響從圖1可以看出,隨著含鹽量的增加,土的塑限含水率呈現(xiàn)平緩的下降趨勢(shì)。含鹽量在2%以內(nèi),鹽顆粒很少,塑限變化也就較小。含鹽量在2%～11%區(qū)間內(nèi),隨著含鹽量的提高,鹽顆粒不斷增多,使得土中的粗顆粒和細(xì)顆粒的含量相近,即使鹽分增多、粗顆粒再增加一些,也不足以大幅度改變粗細(xì)顆粒含量的比例,所以,塑限含水率的下降幅度趨于平緩。含鹽量超過(guò)11%以后,粗顆粒的含量明顯增多,總的比表面積減少的更多,所以,塑限含水率的下降幅度增大。5.3土的含鹽量對(duì)塑性指數(shù)的影響從圖1看出:隨著含鹽量的增加,塑性指數(shù)總體上呈降低趨勢(shì)。但只有在含鹽量大于11%以后,塑性指數(shù)才發(fā)生明顯下降,而實(shí)際工程中鹽漬土的含鹽量多小于2%,因此,可以認(rèn)為含鹽量不影響利用稠度指標(biāo)進(jìn)行土的定名。已有的試驗(yàn)結(jié)果表明,塑限變化幅度不大,故隨含鹽量的增加,液限的下降導(dǎo)致了塑性指數(shù)的下降。5.4活性粘土的土p0.400-l將表2和圖1中的部分?jǐn)?shù)據(jù)匯總于表3?；钚灾笖?shù)(A)是衡量土中粘土礦物吸