仇楠　馬楠　雷榮凱

摘要：針對(duì)黃土在經(jīng)歷凍融循環(huán)后土體強(qiáng)度的問(wèn)題，歸納總結(jié)了凍融循環(huán)對(duì)黃土微結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性質(zhì)和參數(shù)產(chǎn)生的影響、通過(guò)改性黃土提高土體強(qiáng)度的研究進(jìn)展，并對(duì)未來(lái)該領(lǐng)域研究做出展望。

關(guān)鍵詞：凍融循環(huán);含水率;強(qiáng)度

引言

我國(guó)黃土分布廣泛，且主要分布在西北、華北與東北地區(qū)，尤其集中分布在被稱為黃土高原的陜西、甘肅以及寧夏等地區(qū)。且寧夏處于季節(jié)性凍土地區(qū)，從工程角度來(lái)講，季節(jié)性凍土對(duì)工程危害最大，稍有不慎就會(huì)造成地面塌陷，建筑物傾斜、倒塌，凍融循環(huán)是季節(jié)性凍土區(qū)產(chǎn)生病害的關(guān)鍵因素[1]。黃土經(jīng)歷凍融后土體結(jié)構(gòu)容易發(fā)生改變進(jìn)而影響黃土的工程性質(zhì)，比如黃土的抗剪強(qiáng)度、單軸抗壓強(qiáng)度等。進(jìn)而會(huì)造成有些工程事故的發(fā)生，因此研究?jī)鋈跅l件下黃土工程性質(zhì)的變化規(guī)律就顯得迫在眉睫。目前國(guó)內(nèi)已有部分學(xué)者針對(duì)黃土凍融后土體強(qiáng)度的問(wèn)題進(jìn)行了研究，本文主要對(duì)國(guó)內(nèi)部分學(xué)者的相關(guān)研究成果進(jìn)行梳理和總結(jié)。

1 研究進(jìn)展

1.1 凍融循環(huán)對(duì)黃土微結(jié)構(gòu)的影響

黃土是一種特殊土，具有水敏性、大孔性、結(jié)構(gòu)性，其中結(jié)構(gòu)性影響黃土的強(qiáng)度特性最為顯著。宏觀上講，結(jié)構(gòu)性主要是指黃土抗壓、抗剪等能力;微觀上講，主要是指黃土顆粒之間排列連接形式;水、溫度、外部荷載等因素可以改變土顆粒之間的連接和排列方式從而改變黃土的結(jié)構(gòu)性[2]。有研究發(fā)現(xiàn)，黃土體經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)后，土體顆粒之間連接形式改變，使土整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，對(duì)土體的強(qiáng)度特性產(chǎn)生很大的影響[3]。

并且，凍融作用對(duì)黃土微觀結(jié)構(gòu)影響顯著，表現(xiàn)在黃土大骨架顆粒數(shù)量明顯減少，顆粒變的較為松散，小孔隙也隨之增多[4]。具體表現(xiàn)為顆粒尺寸大部分變得一致，土粒結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，土顆粒由于土中孔隙水的凍結(jié)，連接不斷減弱，土中大孔隙不斷增加，破壞了黃土體結(jié)構(gòu)的完整性，使得土體強(qiáng)度減弱。大孔隙相互連接形成孔隙水的遷移通道，使黃土表面凍害加劇且析冰量增加。

1.2 凍融循環(huán)對(duì)黃土強(qiáng)度的影響

凍融循環(huán)作用使得土體內(nèi)水分重新分布且結(jié)構(gòu)發(fā)生弱化，改變了黃土的原有骨架和組構(gòu)，使得黃土孔隙率發(fā)生明顯變化進(jìn)而導(dǎo)致黃土的滲透性發(fā)生變化[5][6]。從而影響了水分的遷移，在補(bǔ)水情況下凍融過(guò)程中黃土表面結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，含水率越高土樣形態(tài)破壞越嚴(yán)重[7]。且隨凍融次數(shù)的增加黃土粘聚力隨凍融次數(shù)增加呈現(xiàn)出衰減，含水率高到一定程度后，水充滿了土顆粒間的間隙，內(nèi)部水分遷移顯著，土體凍結(jié)形成較大的冰晶，產(chǎn)生的凍脹力對(duì)土體的結(jié)構(gòu)破壞就越嚴(yán)重[8]。理論上講，黃土在凍融過(guò)程中土顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，土體結(jié)構(gòu)受到損傷，土顆粒間的接觸點(diǎn)增多，可以使得土體內(nèi)摩擦角增大[9]。

程秀娟等[10][11]研究發(fā)現(xiàn)，凍融循環(huán)主要影響了黃土抗剪強(qiáng)度，使土的粘聚力降低，含水率越大粘聚力降低的越明顯，因此在補(bǔ)水條件下增進(jìn)了黃土強(qiáng)度的降低，進(jìn)一步影響黃土工程的穩(wěn)定性。

1.3 改性黃土凍融循環(huán)后土體強(qiáng)度的變化

由于凍融循環(huán)對(duì)黃土土體結(jié)構(gòu)造成破壞導(dǎo)致黃土體強(qiáng)度弱化，因此人們想要通過(guò)一系列措施來(lái)對(duì)黃土地基進(jìn)行處理。當(dāng)前硅化法是濕陷性黃土地基處理的主要化學(xué)方法之一[12]。為了提高凍融循環(huán)后黃土的強(qiáng)度王建良、王銀梅、宋學(xué)慶、呂擎峰等[13][14][15][16]通過(guò)石灰、粉煤灰、新型高分子固化劑SH、水泥等摻料來(lái)改良黃土，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)改良黃土的抗剪強(qiáng)度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、承載比、抗凍性等分析研究，結(jié)果表明改良后黃土抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均隨著摻料在一定范圍內(nèi)的增加而增大;說(shuō)明改良黃土可以有效的提升黃土的強(qiáng)度，并有效防止凍融條件導(dǎo)致的損害。

2 存在問(wèn)題

第一，在對(duì)黃土進(jìn)行凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，對(duì)于凍結(jié)溫度和凍結(jié)速率的影響因素沒(méi)有考慮到位，在我們一般的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，凍結(jié)速率通常被忽視，而凍結(jié)速率是黃土凍融災(zāi)害的一個(gè)主要因素。

第二，非實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下的凍融對(duì)黃土作用是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，但是如今為滿足實(shí)驗(yàn)的需要，盡快獲得凍融循環(huán)作用下黃土的性能變化，我們進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬研究黃土的凍融特性，然而模擬實(shí)驗(yàn)凍融黃土的制樣大小及制樣形狀是我們需要考慮的問(wèn)題。

3 結(jié)論及展望

凍融對(duì)黃土的微觀結(jié)構(gòu)造成影響，破壞了土顆粒之間的連接。多次凍融循環(huán)作用使黃土的結(jié)構(gòu)更加疏松，當(dāng)壓力超過(guò)自重應(yīng)力時(shí)會(huì)產(chǎn)生更大的附加變形。

凍融造成黃土中水分重分布，在補(bǔ)水條件下，水分通過(guò)毛細(xì)通道向土體表面遷移，使土體表面結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重的凍融破壞，土體強(qiáng)度發(fā)生改變。

目前大部分對(duì)凍融后土體強(qiáng)度影響的研究?jī)H僅止步于單向凍融循環(huán)后對(duì)土體強(qiáng)度進(jìn)行剪切強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的測(cè)定，而對(duì)于雙向凍融循環(huán)后凍脹和融沉規(guī)律以及強(qiáng)度規(guī)律的研究還很少，對(duì)于像黃土岸坡這類開(kāi)放的黃土工程而言，雙向凍融作用對(duì)黃土的影響研究就顯得尤為必要。

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