李 威 齐 军 王亚静 刘树阁 王丁丁 赵 凯

(河北建筑工程学院土木工程学院,河北 张家口 075000)

0 引言

盐渍土是一种易溶盐含量大于0.3%，并具有融陷、盐胀、腐蚀等工程特性的特殊土[1]，天然状态下，盐渍土是良好的地基土，由于四季气温周期性变化过程中土中的盐分发生反复结晶与溶解，其力学性质发生剧烈变化，引发建筑裂缝、公路翻浆、桥梁腐蚀等严重工程灾害。随着西部大建设的不断开展，盐渍土对工程建设的影响已经成为难以避开的课题。

为了解决上述问题，已有诸多学者对冻融循环作用后盐渍土的工程性质展开研究。包卫星等[2]得出三种典型盐渍土在冻融循环过程的水分，盐分迁移规律以及盐胀后各层土体的力学强度变化规律；吕擎峰、孟惠芳等[3]研究了温度对改性水玻璃固化盐渍土的强度和冻融循环耐久性的作用机理；包卫星等[4]选取典型天然盐渍土，在开放系统中进行反复冻融循环条件下的试验研究，从盐渍土的类别角度研究了天然盐渍土的盐胀规律；陈炜韬等[5]从结晶体位置变化，微观结构，盐类性质及冻结水含量三个方面测试了冻融循环对不同含盐量和不同含盐类别盐渍土黏聚力的影响规律。

本文在前人研究的基础上，采用天然风干素土为研究对象，添加不同浓度的NaCl溶液对土样进行饱和固结以模拟不同含盐量盐渍土，在冻融循环作用后，借助德国蔡司体式显微镜记录冻融前后试样的微观特征，并通过单轴抗压试验获取冻结盐渍土基本宏观力学特性，定性认知冻融循环对盐渍土微观结构劣化机理及宏观单轴抗压强度变化本质，以此探究盐渍土微观结构性与宏观力学特性的关系。

1 试样制备与试验方法

1.1 试样制备

试验采用的土样均为张家口桥东区本地重塑黄土，将风干土样碾碎筛分后，掺合NaCl，每次掺合量为0%,0.9%,3.25%,6.5%和10%。以击实试验测定最优含水量，依其最优含水量拌制试验试样，将配好的NaCl溶液加入称好的土体中，混合均匀后分多层击实使之充分固结，然后装入直径为50 mm，高100 mm的圆柱体标准模具中制备试样。试样制成后，放入恒温箱内养护24 h后进行试验。

1.2 试验方法

1.2.1 冻融循环试验

冻融循环设备为全自动低温冻融试验机，试验冻融循环温度参照西部温度气象局数据西部地区典型温差，最终确定冻结温度为-20 ℃，融化温度为20 ℃，气冻4 h，水融4 h，对同一工况试件经过编号、表观观察、尺寸测量、称重记录后，放进冻融循环试验机开始试验。

1.2.2 微观特征采集

试样的微观特征记录采用德国蔡司体式显微镜，见图1，观测记录冻融试验前后试件表面盐析、裂缝发育情况，观察过程用如图2所示的坐标网格定位冻融试验前后试件表面点位，保证冻融前后显微镜观测的视野为同一个区域。试验结束对比筛选出视野内盐析量及裂缝发育良好的图像。

1.2.3 单轴抗压试验

本试验所采用MQS-2型路面材料强度试验仪，该试验机的最大加载能力为100 kN，精度为1%，加载速率快速50 mm/min和慢速1 mm/min。本试验采用控制加载速率方式加载，当试样压力峰值随加载速率无变化时停止试验。试验所得的试验荷载及试验数据均由数显压力计自动控制、采集。

2 试验结果

本次试验主要在不同含盐量的试件经过不同梯度的冻融循环次数后，以控制一定加载速率方式的单轴无侧限强度试验，试验结果见图3～图6。

2.1 含盐量与冻融循环次数对抗压强度的影响

由图3，图4中抗压强度随含盐量与冻融循环次数变化曲线趋势可以看出，在试验条件相同时，试件经冻融循环次数越高，其抗压强度越小。在拌合不同掺量NaCl后，所有试件的抗压强度均随含盐量的增加而减少。随冻融循环次数增加，含盐量0.9%～6.5%试件的抗压强度下降趋势明显，超过6.5%试件的抗压强度下降减缓，趋于平稳甚至部分略有增加。

试件中NaCl盐分为易溶盐，其溶解度会因温度变化而改变，当盐分相态发生变化时，土的体积和颗粒分散性随之变化。各试件含水量不变，可溶解在水里的盐是一定量的，随试件含盐量增加，降温时结晶析出，促使土颗粒间发生错位、滑移，使土体膨胀；升温时，其溶解度增大，溶于水中，土体积变小，致使土体疏松。如此反复，使得土密实度越低，土体强度降低越快。

2.2 盐渍土经冻融循环作用后部分试件表面微观结构特征和抗压强度的关系

经过对显微镜采集各点位图像进行对比筛选，为不失一般性结果列于图5，图6。由图5可得含盐量0.9%低盐渍土在冻融循环10次以内表面盐析量肉眼无法识别，在显微镜下可见少量晶体析出，有零星裂缝产生，但裂缝发育情况随冻融循环次数随机性较大；经10次冻融循环后，试件表面有斑点状晶体析出。由图6肉眼可见含盐量6.5%高盐渍土在各状态下都有一层白色粉状的薄盐霜，显微镜视野内有大量晶体析出，裂缝因表面盐膜的覆盖不易观察，但盐析量随冻融循环次数具有良好的累加性。试件的破坏形态随冻融循环次数的增加，破坏时表面的主贯穿裂缝数量增加，裂缝宽度变大，甚至出现片状、块状剥落现象。

在0次～5次冻融循环内，随着冻融循环次数的增加，盐对土体抗压强度的弱化作用显著；经5次冻融循环后，此时土中盐分累加析出，土体水分的作用占主导地位，而析出晶体在土中成为土骨架的一部分，局部起到一定支撑作用，盐分对土体抗压强度的影响会因此削弱。

3 结语

冻融循环次数越高，各状态土抗压强度越小，当冻融循环次数为0次～5次，含盐量为0%～6.5%的土随含盐量增加其抗压强度衰减明显；在经历5次～15次冻融循环作用后，试件的单轴抗压强度下降不明显趋于平稳，甚至部分略有增加，冻融循环次数一定时，含盐量对抗压强度影响较大。

由裂缝发育和盐析程度表明，冻融循环作用加剧了盐渍土的盐析过程，盐析量在冻融循环次数具有一定累加性，但因盐析量的增加，表面裂缝被填充表现为随机性较大。

综上所述:试件在经过多次冻融循环作用后，其抗压强度整体损失明显，冻融循环次数和含盐量的不同都会对此产生较大影响，且影响作用并不是单一的，而是相互联系的。试件单轴抗压强度损失规律与表观微观特征变化机理映射良好，反映冻融循环对盐渍土结构的损伤弱化作用。