滨海盐渍土理化性质试验研究

滨海盐渍土理化性质试验研究

1黄东南角盐渍土物理、水理性质的变化盐是土壤。当土壤中的可溶性盐含量高于0.3%，并具有溶解、肿胀、侵蚀等技术特征时，应考虑盐渍土。土中存在盐分,常规的“三相”物质体系变成了“四相”物质体系。盐分以晶体、溶液或两者皆有的形式存在,导致盐渍土的物理、水理性质发生相应变化。滨海盐渍土大多为氯盐渍土。滨海地区具有地下水位浅、降水频繁、四季温差明显等特点,所以滨海盐渍土在工程特性上不同于内陆盐渍土。对河北省黄骅市滨海盐渍土样品进行了含盐量与土的物理、水理性质试验,并分析了含水率和含液率对土的干密度、孔隙比和饱和度的影响,土的含盐量与粒度测试结果间的关系,探讨了含盐量与土的塑性指标之间的变化规律。为保证试验结果的可比性,全部试验采用同一探坑采集的粘性土样。2含水率的修正当土中含有一定数量的易溶盐时,一部分盐分为溶液,另一部分为固态。盐渍土被烘干以后,都成为固体颗粒。按照含水率的定义,此时的土颗粒质量中也包含了盐粒质量,使含水率的数值变小了。因此,在盐渍土的研究中需要对含水率进行修正,并将其更名为含液率(含盐溶液率),以含液率代替含水率换算相关的干密度、孔隙比、饱和度等物理性质指标。所谓的含液率就是指土中盐溶液的质量除以土颗粒质量和土中的固体盐颗粒质量之和,以百分比表示。对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为含液率;ω为烘干法测定的含水率;ωa为强结合水含水率,按风干含水率的1.5倍计算;B为每100g水中溶解的盐量(%),其值为易溶盐含量C与含水率ω的比值,即:B=C/ω。进行含水率和含液率的换算,其目的就是要比较纯水含义上的含水率和盐溶液含义上的含液率之间的数值差距,进而判断其对其他计算指标的影响。3含水率对含液率及饱和比的影响依据上述公式,对探坑中不同含盐量的粘土样品分别按含水率、含液率对盐渍土的干密度、孔隙比、饱和度3项指标进行了计算,结果见表1。由表1看出:a.由于考虑的是盐溶液,而非纯水,含液率的计算式中固体物质的质量减少了,所以含液率高于含水率;b.按含水率计算的干密度值比含液率计算的干密度值高,原因是前者把溶液中的盐纳入了固体质量中;c.按含水率计算的孔隙比比按含液率计算的孔隙比低,原因是前者把已经溶于水的盐分仍作为固体颗粒来考虑,从而加大了固体颗粒的体积;d.按含水率计算的饱和度比按含液率计算的饱和度低,原因是前者只考虑纯水占据总孔隙的体积,不是考虑盐溶液的体积。表1中样品均为粘土。当含水率与含液率的差值大于2.0%时,干密度、孔隙比、饱和度的差值也较大,此时样品的含盐量超过了1.7%,认为对物理性质指标有初步影响的界限含盐量以2.0%为宜。4颗粒级配分析试验影响土的工程性质的主要因素是土的三相组成、土的物理状态和土的结构。在这三者中,起主要作用的无疑是三相组成。在三相组成中,关键的是固体颗粒的物质成分和粒度。物质成分不会随含盐量多少发生变化,而盐份作为电解质对土颗粒产生的团聚作用会对利用斯托克斯(Stokes)定理测试土的颗粒级配产生影响。为探讨含盐量与颗粒分析结果间的关系,结合工程实际情况,人工制备了不同含盐量的8个粘土土样,考虑到现场的实际情况,含盐量的上限为5%。用美国Micromeritics公司的SediGraph5100型X射线自动粒度分析仪进行了颗粒级配分析试验。用六偏磷酸钠作为样品的分散剂,试验前用超声波振荡悬液20min,试验结果见表2。颗分结果表明,随着含盐量的增加,粘粒组(<5μm)颗粒逐渐增多,胶粒组(<2μm)颗粒减少,土颗粒进入水中,即刻在颗粒周围形成结合水膜。土中的易溶盐含量越高,其溶液的电解质就较多,土粒表面的双电层受到压抑,使土粒间斥力减弱,吸引力增大,促进相互凝聚并加强了结构联结,使土的粒径变大,导致试验结果产生误差。所以,盐渍土的颗粒级配分析应该在洗盐后进行,反复清洗至溶液的电导率小于1000μS/cm为止。表2中的数据揭示,小于1μm的粒组,在含盐量达到2%时颗粒发生团聚;小于1.5μm的粒组,在含盐量达到3%时颗粒发生团聚;小于2μm的粒组,在含盐量达到4%时颗粒发生团聚,变成粗大颗粒,相应的粒组含量减少,小于5μm的粒组和小于10μm的粒组也在含盐量达到4%时粒组含量增加;25μm及以上的各个粒组,在含盐量达到5%时粒径级配变化很小;虽然小于1μm和小于1.5μm的粒组在含盐量2%和3%时颗粒发生团聚,但由于颗粒总量很少,所以其他粒组的含量并未增加很多。在含盐量达到4%时,小于2μm的粒组发生大规模的团聚,使得5μm和10μm的粒组含量开始增加。2%的含盐量是影响细粒土颗分结果的起始值,通常决定细粒土工程特性的粒组主要是粘粒。盐渍土溶于水后,细小的土颗粒由于活性最强,在盐份的作用下胶粒组的颗粒首先发生团聚,颗粒变粗;随着含盐量的增加,粘粒组的颗粒相继发生团聚;25μm及以上的各个粒组由于颗粒粗大,对土颗粒的吸附力较小,所以盐份对其团聚作用微弱。5液塑限和盐液开放系统优化的试样检测滨海盐渍土多为细粒土,通常将细粒土吸附结合水的能力作为土的分类标准。为研究含盐量对土的塑性指标影响,按质量比例掺和氯化钠,人工制备了14种盐渍土,在保湿器中静置一昼夜,按照公路交通系统规范要求,用光电式液塑限联合测定仪进行试验,考虑到粘土的塑性范围较宽,将含盐量值提高到23%,使其产生过多的盐晶体颗粒,增加粗颗粒含量,便于测试其塑性指标变化,试验结果见图1,液限和塑限为换算后的含液率。5.1含盐量下降从图1看出:a.随着含盐量的增加,液限含水率逐渐降低。含盐量增加至23%时,液限总体下降了约24%;b.含盐量在11%以内,液限平均下降约10%;c.含盐量在2%以内,液限平均下降只有1%。当含盐量在2%以内时,盐分大多溶解在水中,以离子形式存在,盐颗粒较少,所以对液限的影响很小;含盐量3%～11%,土中盐颗粒达到了一定的数量,粗颗粒成分逐渐增多,开始影响吸附水量的变化;超过11%含盐量以后,粗颗粒已经达到了一定的比例,液限下降幅度也就趋于平缓。滨海盐渍土的含盐量以小于2%者居多,所以判定含盐量对滨海盐渍土的液限试验值影响不大。5.2土壤含盐量对土壤细颗粒的影响从图1可以看出,随着含盐量的增加,土的塑限含水率呈现平缓的下降趋势。含盐量在2%以内,盐颗粒很少,塑限变化也就较小。含盐量在2%～11%区间内,随着含盐量的提高,盐颗粒不断增多,使得土中的粗颗粒和细颗粒的含量相近,即使盐分增多、粗颗粒再增加一些,也不足以大幅度改变粗细颗粒含量的比例,所以,塑限含水率的下降幅度趋于平缓。含盐量超过11%以后,粗颗粒的含量明显增多,总的比表面积减少的更多,所以,塑限含水率的下降幅度增大。5.3土的含盐量对塑性指数的影响从图1看出:随着含盐量的增加,塑性指数总体上呈降低趋势。但只有在含盐量大于11%以后,塑性指数才发生明显下降,而实际工程中盐渍土的含盐量多小于2%,因此,可以认为含盐量不影响利用稠度指标进行土的定名。已有的试验结果表明,塑限变化幅度不大,故随含盐量的增加,液限的下降导致了塑性指数的下降。5.4活性粘土的土p0.400-l将表2和图1中的部分数据汇总于表3。活性指数(A)是衡量土中粘土矿物吸