本文是一篇土木工程论文，本文以人工配制的5种不同级配和4种单一粒径硫酸盐渍土为研究对象，由室内基础土工试验确定配制试样所需的各种参数，采用单次降温条件下的盐胀试验和冻融循环盐胀试验，研究了颗粒粒径和级配对硫酸盐渍土盐胀的影响；再通过扫描电子显微镜测试了单一粒径试样盐胀后的微观结构特征，分析不同粒径状态下的盐胀特性。
第一章绪论
1.1研究背景及研究意义
盐渍土是指受盐分或碱作用，土体中易溶盐含量超过一定界限而被盐化或碱化的各类土的总称。但历来国内外的不同标准规范对于盐渍土的定义不尽相同。前苏联曾将盐渍土中易溶盐含量的最低界限标准设置为0.5%，而中溶盐含量标准为5%；《盐渍土地区建筑技术规范》（GB/T 50942-2014）[1]中对盐渍土的定义为：易溶盐含量大于0.3%且小于20%，并具有盐胀或溶陷等工程特性的土；《铁路工程岩土分类标准》（TB10077-2019）[2]中定义盐渍土为土体中易溶盐含量不小于0.3％的土，且当地表以下1.0m深度内的土层中易溶盐平均含量不小于0.3％时，应定为盐渍土地区或场地。
作为岩土工程领域的一种特殊土，盐渍上在世界范围内分布很广，在干早、半干旱地区分布面积尤为广泛。盐渍土在我国的分布多出现在地势相对低平且地下水或地表径流交汇、流动缓滞的区域[3]，主要分布在西北干旱地区的盆地和平原中以及我国北方地区一些低洼湖泊，还有滨海地区的诸海岛沿岸，总面积约为90万平方千米，大致占全国总面积的9.6%[4]。徐攸在[5]等学者编制了我国盐渍土分布示意图，温利强[6]等在此基础上通过对部分盐渍土地区进行现场调研采样以及对各盐渍土分布地区的各种资料的收集整理，又对我国盐渍土分布示意图做出了一定改进及补充，具体如图1-1所示。
1.2国内外研究现状
1.2.1硫酸盐渍土研究现状
我国对盐渍土的研究最初是服务于农业，当时还是偏向对盐渍土的改良[19]，早在1935年，我国著名的土壤学奠基人熊毅[20]就对盐渍土开展了研究工作。卢肇钧[21]在《兰新线张掖地区盐渍土路基的初步研究报告》(1954)和《盐渍土工程性质的研究》(1955)中最早论述了硫酸盐渍土的盐胀特性以及对路基稳定性的影响。
Chatterji[22]等最早对硫酸钠结晶过程进行分析并得出了孔隙材料中芒硝结晶压力特别大的结论；而且发现芒硝的溶解度在低于32℃时会比无水芒硝小得多，在高于32℃时芒硝晶体基本不存在，因此在温度降低时饱和硫酸钠溶液会更容易析出芒硝晶体，当随之产生的压力高于孔隙材料的结构强度时就会发生膨胀。Xiao[23]等基于多孔介质相变理论和溶液相图，分析了硫酸钠和氯化钠的孔隙溶液和自由溶液在盐渍土中发生相变的异同，认为孔径分布是孔隙溶液和自由溶液产生差异的主要原因；而且由于土体的孔隙大小分布不均匀，孔隙溶液的相变会在一定温度范围内发生。对于硫酸盐渍土，芒硝会先在零上温度下结晶析出，所以当温度接近冰点时，溶液中的盐含量会变得比较低，对冻结温度变化的影响很小；而当硫酸盐渍土冻结时，芒硝和冰就会同时结晶。Tsui[24]等发现环境温度为20℃左右的时候，在饱和硫酸钠溶液中能够同时析出十水硫酸钠晶体和硫酸钠晶体，并且在含水量逐渐降低的情况下硫酸钠溶液中更多的是析出十水硫酸钠晶体。一众盐分中，硫酸钠是发生变形最严重的一种，而且已经得到很多学者的认可并被证实过。由于硫酸钠具有无水芒硝和芒硝两种稳定态，同时还具有七水硫酸钠这种亚稳定态，加上溶液中水分和冰相态的转换，所以其自身复杂的相态转换系统是盐害发生的主要原因。但是七水硫酸钠其实在普通环境中是非常不稳定的，很轻易就脱水形成无水芒硝，所以正常情况下并不考虑其影响。而芒硝的析出是硫酸钠溶液中的部分无水芒硝在结合10个水分子之后形成的，并且在吸收水分之后芒硝的体积变成了无水芒硝的3.1倍，所以孔隙材料的体积会发生那么大的变化[25-26]。
第二章试验材料与方案
2.1试验材料
2.1.1标准砂
标准砂是指经过加工后，按规定方法测定水泥标号时所用的符合标准规定的石英砂，一般是检验水泥强度必需的通用材料。采用的是中国厦门艾思欧标准砂，由厦门艾思欧标准砂有限公司照ISO679和EN196-1标准生产，20.25公斤/袋，内含15小包。其砂粒粒径分布为0.08mm-2.00mm，不均匀系数为6.25，曲率系数为1.5625[84]。
将标准砂进行筛分，按各个筛分的粒组：0.075mm~0.25mm，0.25mm~0.5mm，0.5mm~1mm，1mm~2mm，四个粒组分开保留，而后对每一粒组的标准砂进行脱盐处理。洗盐后的各粒组标准砂在经过烘干后都需进行比重试验。
2.1.2细粒土
兰州大学榆中校区位于榆中盆地东部，榆中盆地处于陇西黄土高原，而萃英山正是黄土高原典型的土梁山，试验中所用的细粒土取自甘肃省兰州市榆中县兰州大学榆中校区萃英山山脚的黄土，属于马兰黄土。所取土样需经过室内简单处理后取其小于0.075mm的细粒组。
2.1.3无水硫酸钠
试验所用无水硫酸钠为结晶状白色粉末，分析纯（AR）级。具体技术指标如表2-1所示。
2.2试验方案
试验中配制盐渍土所用的细粒组全取自甘肃省兰州市榆中县兰州大学榆中校区萃英山山脚的黄土，属于马兰黄土；所用的粗粒组全来自中国厦门艾思欧标准砂。由于试样还需要进行加配硫酸盐操作，为保证试样的纯洁，所配含盐量的精准，需要对标准砂以及从野外取回的黄土进行脱盐处理，以洗去其中的盐分和细小杂物。
对于野外取回的黄土，洗盐前需经过2mm筛网以剔除其中较大的粗颗粒和杂物，再将过筛的黄土称重后按土水质量比1:5的比例放入一个较大的框中，并进行充分地搅拌以溶解土中的盐分。根据土中含盐量的高低判断，在前几次的洗盐操作中可以使用自来水，后两次的洗盐操作再换用蒸馏水。为减少黄土中粘粒的损失以及充分溶解土中盐分，通常在搅拌后还需要静置12小时以上待悬液淀清后再开始下一次的换水脱盐处理。标准砂的洗盐操作过程和黄土类似，只是标准砂中含盐量比较低，而且砂在水中不易悬浮，能大大缩短洗盐所需时间。图2-1为黄土洗盐处理后淀清的示意图。
土中盐分被洗净的标准，一般认为在经过充分搅拌及充足时间淀清后，上层清液的电导率低于1000μs/cm时，就可以被认作是非盐渍土。测试水中电导率所用仪器为：手持式电导率仪，如图2-2所示。但因为试验对所配盐渍土要求较高，为保证试样原料中的盐分能被充分洗净，遂将其上层清液的电导率不断清洗至300μs/cm以下，清洗过程每次电导率测试结果如下表2-2所示。在完成最后一次洗盐并测得上层清液电导率合适之后，不扰动下层黄土的情况下可以将一根较粗的软管装满水后一头放入框中液面以下，一头放在低处盆里用以接水，利用连通器原理把框中的上层清液吸出，在后期水浅时则改用电动的小型抽水泵以将上层清液抽干。
第三章不同级配硫酸盐渍土单次降温下的盐胀研究......................27
3.1级配对硫酸盐渍土盐胀量影响研究.........................27
3.2不同级配硫酸盐渍土盐胀过程研究................................29
第四章不同级配硫酸盐渍土冻融循环下的盐胀研究......................38
4.1级配对硫酸盐渍土最终盐胀量影响研究..........................38
4.2冻融循环过程盐胀量分析.................................40
第五章单一粒径硫酸盐渍土的盐胀研究...........................51
5.1单次降温盐胀试验中的盐胀分析............................51
5.1.1单一粒径对硫酸盐渍土盐胀量影响研究.................51
5.1.2不同粒径硫酸盐渍土盐胀过程分析...............................53
第五章单一粒径硫酸盐渍土的盐胀研究
5.1单次降温盐胀试验中的盐胀分析
单一粒径的选择主要是考虑到同一粒径范围内的颗粒大小差距要相对够小；由于野外取回的黄土过0.075mm标准筛后，所取的粉土颗粒粒径分布复杂，还有不少粘粒在其中；于是选择了标准砂经过各层标准筛网得到的粒径范围作为单一粒径试样的选择。经充分振筛后，分别取0.075mm、0.25mm、0.5mm、1mm标准筛网上的土样。所取的4种单一粒径范围土样即为：0.075mm~0.25mm、0.25mm~0.5mm、0.5mm~1mm以及1mm~2mm；并分别将其命名为粒径Ⅰ土样、粒径Ⅱ土样、粒径Ⅲ土样以及粒径Ⅳ土样。
5.1.1单一粒径对硫酸盐渍土盐胀量影响研究
单次降温盐胀试验中的各土样最终盐胀量的结果如下表5-1和图5-1、图5-2所示。总体来看，粒径Ⅰ硫酸盐渍土样的盐胀量是最高的，其中5%含盐量的土样盐胀量为1.982mm，盐胀率为4.96%；粒径Ⅳ硫酸盐渍土样的盐胀量相对最低，其中1.5%含盐量的土样盐胀量仅为0.15mm，盐胀率为0.38%。但各硫酸盐渍土样中盐胀量最大的是含盐量为5%的粒径Ⅱ土样，盐胀率为5.07%；盐胀量最小的是含盐量为0.5%的粒径Ⅰ土样，盐胀率为0。各含盐量盐渍土的盐胀量随粒径范围变化呈现出一定规律性，粒径Ⅰ土样到粒径Ⅳ土样的盐胀量总体呈下降趋势，也即随着组成土样的单一粒径的增大，硫酸盐渍土的总体盐胀量会随之降低。
第六章结论与展望
6.1结论
本文以人工配制的5种不同级配和4种单一粒径硫酸盐渍土为研究对象，由室内基础土工试验确定配制试样所需的各种参数，采用单次降温条件下的盐胀试验和冻融循环盐胀试验，研究了颗粒粒径和级配对硫酸盐渍土盐胀的影响；再通过扫描电子
