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盐渍土地区路基成因机理

2022/07/16111 作者:佚名
导读:由盐渍土溶蚀引起的路基破坏 由溶蚀引起的路基破坏主要包括由于盐渍土浸水后土中盐分溶解、流失等导致地基出现的湿陷、洞穴等情况而引起路基出现沉降,甚至坍陷等的破坏现象。 这类破坏现象的出现主要与盐渍土地基含水量的变化有关,即地基所处区域水环境的改变。当地基处于干燥状态时,盐渍土中的各类盐以固体、晶体或二者混合物的形式存在,其强度满足地基承载力的要求,路基处于稳定状态。当由于地下水位升高或毛细现象使得盐

由盐渍土溶蚀引起的路基破坏

由溶蚀引起的路基破坏主要包括由于盐渍土浸水后土中盐分溶解、流失等导致地基出现的湿陷、洞穴等情况而引起路基出现沉降,甚至坍陷等的破坏现象。

这类破坏现象的出现主要与盐渍土地基含水量的变化有关,即地基所处区域水环境的改变。当地基处于干燥状态时,盐渍土中的各类盐以固体、晶体或二者混合物的形式存在,其强度满足地基承载力的要求,路基处于稳定状态。当由于地下水位升高或毛细现象使得盐渍土地基含水量增大时,地基当中的可溶盐分将溶解在水中,并随着水分的移动而流失,使得地基土的组成颗粒减少,各土粒间的间距增大,从而导致其颗粒间的聚合力减小,进而使地基的抗剪强度降低,最终导致其上的路基发生变形失稳,出现沉降等现象,严重者造成路基坍陷。

由盐渍土的松胀性和膨胀性引起的路基破坏

由盐渍土的松胀性和膨胀性引起的路基破坏主要包括路基的不均匀沉降、路肩及边坡土体变松等路基失稳现象。

这类破坏大多发生在以硫酸盐为主的盐渍土地区。该类破坏的发生主要与地基土温度的变化密切相关。硫酸盐的溶解度对温度的变化十分敏感,随着地基温度的降低,液态的盐溶液达到过饱和状态,盐分以结晶体的形式从溶液中析出,单位体积比温度降低前有所增大,出现盐胀现象;当温度回升时,溶液的溶解度增大,硫酸盐结晶体又溶解于溶液中,使得盐渍土体积缩小。温度场的循环使得地基土不断地处在膨胀—收缩—膨胀的循环变化过程中,使得土体由于结构破坏而变得松散,造成土体孔隙率的增大、抗剪强度的减小及承载力的下降,引起上部路基的不均匀沉降,导致路面出现鼓胀、裂缝等破坏现象。同时,当地基土含水量较小时,土体中所含的固体硫酸盐在低温时吸水结晶,体积增大;当温度升高时,脱水变成粉末状固体,使其体积缩小。通过不断的循环,使土体出现变松的现象,这一现象往往影响路基稳定。

对于碳酸盐而言,其对土体膨胀性的影响往往更加复杂。当碳酸盐渍土处在潮湿状况下时,薄膜水和钠离子所引起的交换作用很强烈,若盐渍土中含有大量的吸附性阳离子,在遇水时由于胶体颗粒和吸附性阴离子相互作用,在胶体颗粒和黏土颗粒周围形成结合水薄膜,进而减少了各颗粒间的粘着力,使其互相分离,引起土体膨胀,导致路基的不均匀变形。

道路盐胀病害的发展是低温盐胀的累积过程。相关研究表明:从每年的秋季开始,随气温的逐步降低,路基土中的硫酸盐逐渐结晶而析出,导致土体的体积增大,其体积在垂直方向的增量就是盐胀量。随着地温降到一年的最低点,盐胀量达到峰值,路基的变形进入最严重阶段。随着气温的回升,盐的溶解度逐渐增大,土体的体积减小,盐胀程度随之降低,但路基的变形恢复过程是不可逆的。因此,虽然随着温度的升高,土体的盐胀程度有所降低或完全回落,但变形对路基的破坏却不能恢复,随着时间的增长,路基病害也在逐年加剧。

由盐渍土做路基填料引起的路基破坏

这类破坏主要包括由盐渍土路基填料引起的冻胀而造成的路基翻浆和由雨水冲刷而引起的边坡失稳而导致的路基破坏。

路基由于翻浆而发生的破坏主要与盐渍土的含盐量和冰点有关。对氯盐渍土而言,当含盐量在一定范围内时,由于冰点降低、水分聚流时间加长,则对冻胀有加剧作用。但含盐量更多时,由于冰点降低多,路基将不冻结或减少冻结,从而不产生冻胀或只产生轻微冻胀。硫酸盐渍土对冻胀具有和氯盐渍土类似的作用,但冰点降低不如氯盐渍土多,影响不如氯盐渍土显著。碳酸盐渍土由于透水性差,对冻胀具有一定的减轻作用。

氯盐渍土,当含盐量在一定范围内时,不仅可加重冻胀,也可加重翻浆,这是因为氯盐渍土不仅聚冰多,而且液、塑限低,蒸发缓慢。当含盐量更多时,也因不冻结或减少冻结而不翻浆或减轻翻浆;硫酸盐渍土,在降低冰点方面,其作用和氯盐渍土类似,也可加重翻浆,但不如氯盐渍土显著;春融时,结晶硫酸钠脱水也可起到加重翻浆的作用。

另一方面,由雨水冲刷引起的边坡失稳而导致的路基破坏主要由盐渍土路基(主要是边坡)盐分的溶蚀和退盐作用造成。盐渍土路基受雨水冲刷,边坡表层盐分被溶解冲走,溶盐流失后边坡表层土体变松,使得其他细颗粒更加容易被冲走,在路基边坡和路肩上会出现许多细小冲沟,加剧了坡面侵蚀的发生,情况严重者将导致边坡失稳。同时,随着边坡侵蚀的进一步发生,降水的入渗量和入渗深度也进一步增加,松胀和膨胀作用将破坏土的结构,对盐渍土路基的稳定性非常不利,会导致路基湿陷、塌陷等病害的发生。

由毛细水携盐上升对路基造成的破坏和影响

图1 盐渍土的盐分溶解度随温度升高而增大,甚至可以使固相盐变为液相盐。盐渍土地区的土中含水溶解盐,经蒸腾作用提升水分由地表挥发,盐分却存留下来,随时间推移越聚越多。当温度下降,空气相对湿度增加,盐吸水分子尤其是硫酸钠吸水分子膨胀,从而导致路面结构破坏。除毛细水携盐上升外,还有一种水携盐上升(被称为气态水),但它携带盐上升的速度缓慢,是看不见摸不着的,最终盐要聚集到路基上层,渗入并破坏路面,影响公路交通。盐渍土路基毛细作用诱发路基灾害示意见图1 。

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