冻融作用下非饱和土介电常数和水盐迁移规律研究

发布时间：2020-11-06 10:18

【摘要】：地基土的冻胀容沉危害成为制约寒冷地区各类工程建设与运作的一个主要障碍,而形成该病害的一个主要原因在于季节性气候变化导致的土壤水盐迁移,尤其在盐渍土地区,由于土中含有大量可溶性盐,除冻胀融沉之外还会伴有各类盐渍土病害。所以盐渍土水盐迁移的研究对于防治病害具有重要现实意义。与此同时,在判断土壤水分迁移的手段中常常需借助基于介电常数经验公式的传感器,但这类经验公式往往只考虑在正温下介电常数和土壤体积含水量之间的单一关系,忽略了含盐量、温度、容重等其他因素对介电常数的影响,造成测量结果缺乏普适性,往往不能体现较好的精度,所以对土壤介电常数影响因素的研究,建立各因素和介电常数之间的关系式对提高测量准确性十分重要。另外,在寒区进行工程建设,地基中冻土层的准确、快速判定对于各类基建设施病害的防治具有重要意义,若能通过介电常数及其他参数确定冻土层的位置就能对常规工程地质勘察工作带来很好的补充作用。鉴于此,本论文从以下几个方面展开,对相关内容展开了研究。首先,本文根据土壤介电常数的常用测量方法,确定了土壤介电常数的测量设备,并以哈尔滨市郊的低液限黄黏土为研究对象,在素土基础上添加不同含量的NaCl模拟盐渍土,通过室内重塑土的介电常数试验,研究了不同温度、初始含水率、干密度和含盐量等因素对黄黏土介电常数的影响,结果表明各因素对介电常数都会带来一定影响。其次,在前人创立的关于非饱和土混合介质介电常数模型的基础上,推导并建立了非饱和冻土混合介质介电常数理论模型,并由室内重塑黄黏土介电常数试验数据检验了模型的实用性,发现素土的测量值和模型计算值十分接近,而含盐黄黏土的测量值和模型计算值有一定差距。最后,根据土壤含水率与电导率常用的检测方法,确定了土壤水盐监测设备,并以满阿一级公路沿线的和黄黏土同为黏土的典型低液限盐渍土为研究对象,开展了单向冻结、双向融化环境下的室内重塑土水盐迁移试验,并在黄黏土介电常数试验结果分析的基础上,建立了正温下盐渍土介电常数与多因素的拟合公式,用于推算试验过程中的水分变化,分析了盐渍土在不同初始含水率、干密度、冷端温度和含盐量等条件下的水盐迁移特征。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU43
【图文】：

接收装置能有效兼容各类传感器（包括ＧＳ３），最多能同时采集５个传感器的所有参??数，且能自由设置各参数的记录的时间间隔，低电耗的优点保证其能在野外长期不间断??工作一年以上。ＧＳ３传感器和ＥＭ５０接收装置见图２－１。??－１１－??

此基础上添加一定量可溶性盐模拟盐溃土成分，形成对照。根据《公路土工试验规程》??（ＪＴＧ?Ｅ４０－２００７）对试验用土基本物理力学指标进行测量，列于表３－１，颗粒级配分布??见图３－１。??表３－】黄土基本物理指标??土质类别办”率塑限（％）液限（％）?塑性指ｉｆ?度???（％）?（ｇ／ｃｍ３）??低液限黏土?１５．５?１９．５?３２．７?１３．２?１．８６??１００?－Ｉ￣???ｇ?????Ｓ?７°：??Ｗ?＿?＇?＼??赵?Ｍ?＿??Ｖ??■Ｈ?４０?－?＼??⑵?－?Ｖ??３（１－??？一?２０－??冬１０－??０＿?＇?Ｉ?Ｉ?１?Ｉ?Ｉ?ｔ?ｊ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｉ?ｉ?■?ｉ?ｉ??ｏ?ｏ?ｏ??粒径（ｍｍ）??图３－１黄黏土颗粒级配分布图??３．２试验方法??ＧＳ３传感器测量介电常数的理想体积如图３－２所示。根据其理想测量体积以及传感??器本身所占体积大小，试验将土样制作成厚度为６ｃｍ，直径为１９．２ｃｍ的试件，并于试??件正中间放置一个ＧＳ３传感器，用于测量相关参数值。试验装置如图３－３所示。具体的??试验步骤按下列步骤进行：??（１）首先将试验用土放入电热鼓风干燥箱中烘干（ｌ〇５°Ｃ，２４ｈ），待冷却至室温??后取出，碾碎并筛取粒径不大于２ｍｍ的颗粒。考虑到在过筛阶段土颗粒会??吸收空气中的水分，为此在筛分之后马上用含水率快速测量仪（原理同烘干??－１７－??

置于恒温箱内（１５°Ｃ，２４ｈ），保证含水率能够均匀分布。??（３）然后将试件通过分层压实的方法在有机玻璃桶内制成，控制其每层厚度，足压实度要求，并在试件中心位置埋入传感器；制件完成后在试样顶面敷保鲜膜，减少试验过程中的水分散失，然后将整个装置放入ＤＸ４Ｃ－２００型温试验箱，关闭箱门，调节箱体内温度使得传感器显示的温度稳定于１５°Ｃ左右。??（４）最后待试件温度稳定在１５°Ｃ之后，开始进入降温冻结过程。为避免试件在结过程中发生水分迁移现象，引起试件的水热不均匀分布，将冻结过程箱内??的最低温度设置为－２０°Ｃ，使得箱内温度由１５°Ｃ快速降至－２０°Ｃ，并最终稳于－２０。。。待传感器显示的试件温度降到－１５Ｘ或更低的时候，关闭低温试箱制冷的命令，开始让试件自然升温，进入融化过程。在上述冻融过程中，??始终保持低温箱外侧环境温度１８°Ｃ左右。ＤＸ４Ｇ－２００型低温试验箱能降温零下３０°Ｃ，控温精度为正负０．１°Ｃ。所有试件的初始参数如表３－２所示，共??计３９种不同初始参数的试件，其中素土?１９种，含盐土?２０种，两者形成盐渍土与盐溃土对照，每种不同的试件做３个平行件，结果取平均值。??
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本文编号：2873008