冻融循环对固化盐渍土的抗压强度与变形的影响_方秋阳
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量 2.64%。通过重型击实试验，得到土的最大干密 度 1.84 g/cm3，最优含水率 15.2%。
将盐渍土风干、碾碎，过 2 mm 筛；生石灰粉 的有效钙镁成分为 70%；SH 固土剂(以下简称 SH) 为无毒水溶性液体状的改性聚乙烯醇，分子量为 20 000 左右，密度 1.09 g/cm3[15]。 2.2 试样制备
冻融循环次数：根据 M. Ghazavi 等[7-11]，试验 冻融循环次数选为 0，1，2，3，4，5，6，7，8， 10 次。
含水率：试验中以 2%的间隔设置 3 个不同初 始含水率 15%，17%和 19%。但为保证石灰硬化作 用充分进行，还需加入石灰质量 20%～30%的水[18]。 测试石灰固化土试样养护 21 d 的含水率为 16%，石 灰+SH 固化土的含水率分别为 16%，18%和 20%。
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岩石力学与工程学报
2016 年
1引言
北方滨海地区分布着大量的氯盐渍土，因土中 含有较多的吸附性钠离子，在潮湿环境中易吸湿软 化，又由于冬季结冰和春季融化，引起盐渍土的冻 胀和融沉问题。因此，研究冻融循环对固化盐渍土 抗压性能的影响，对北方滨海地区的道路工程建设 具有重要意义。Z. H. Yang 等[1-5]研究表明，冻融循 环影响固化土的抗压性能，但研究主要针对非盐渍 土，且多以石灰和水泥为固化材料。柴寿喜[6]利用 石灰和 SH 固土剂固化滨海盐渍土，提高了土的抗 压强度和抗变形性能，但未涉及冻融循环对石灰和 SH 固土剂固化盐渍土的抗压性能的影响。
冻融循环试验之前，用双层塑料薄膜包裹试样， 放入冻融试验箱。称取冻融循环前、后试样的质量，
第 35 卷 第 5 期
方秋阳等：冻融循环对固化盐渍土的抗压强度与变形的影响
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基本保持不变。说明采用双层塑料薄膜包裹试样可 避免冻融过程中水分的流失。
3 试验结果与分析
3.1 冻融循环次数对土应力–应变和抗压强度的影 响 图 1 为不同冻融循环次数下，盐渍土、6%石灰
冻融试验箱为无锡市华南实验仪器有限公司制 造的 DR-2A 冻融试验箱，温度范围－25 ℃～ +70 ℃。
无侧限抗压试验仪的钢环系数为 31.8 N/(0.01 mm)，试验速率 1 mm/min。以变形量 0.2 mm 间隔 计数一次。 2.4 试验条件
试验温度：邴文山[16]研究表明，土的冻结温度 越低，融化后其强度降幅越显著，当冻结温度低于 －10 ℃，强度的降幅趋于稳定。参考郭 军等[17]的 研究成果，近年天津冬季夜间最低气温－19 ℃左 右、春季平均气温 18 ℃左右。据此，选择冻结温 度为－20 ℃，融化温度为 20 ℃。冻结 24 h，融化 24 h 为一次冻融循环。
据此，选取冻融循环次数和含水率为影响因素， 完成了盐渍土，石灰固化土、石灰+SH 固化土冻融 循环前、后的无侧限抗压试验，分析土的抗压强度 和应力–应变性能随冻融循环次数与含水率的变化 规律，评价冻融循环对土的抗压性能的影响，为冻 融条件下盐渍土的固化提供理论依据与技术指导。
2 试验材料与条件
2.1 试验材料 盐渍土取自天津滨海新区，塑性指数 14，含盐
固化土和 6%石灰+0.6%SH 固化土的应力–应变曲 线。图中 FT 表示冻融循环次数。
冻融循环次数和含水率是影响冻融后固化土抗 压性能的重要因素。M. Ghazavi 等[7-9]分析得出， 固化土的抗压强度随冻融次数的增加而降低，且前 2 次的抗压强度降幅较大，随后降幅减小；T. L. Wang 等[10]发现冻融循环 5～6 次后，固化土抗压强 度降幅减小；M. M. Zaman 和 K. N. Naji[11]认为，冻融 循环 8～12 次后土的力学性能趋于稳定。R. J. Jamshidi 等[12-13]研究了冻融后不同含水率的固化土 的抗压性能，认为固化土的抗压强度随含水率的增 加而减小。王铁行等[14]发现，含水率较高时，冻融 循环后土的黏聚力降幅较为明显。
Abstract：The frost heave and thaw subsidence of saline soil induced by freezing and thawing weaks the
compressive property of saline soil in northern China. In order to study the effect of freezing-thawing cycles on the compressive properties of solidified saline soil，unconfined compressive tests(UCS) were conducted on the original saline soil，the lime-saline soil and the lime-SH agent-saline soil. The results indicate that the UCS values of the original saline soil，lime-saline soil and lime-SH agent-saline soil decrease as the freezing-thawing cycles
摘要：北方地区冬季结冰与春季融化引起土的冻胀和融沉问题，弱化了土的抗压性能。以研究冻融循环对固化盐
渍土抗压性能的影响为目的，完成冻融前后盐渍土、石灰固化盐渍土、石灰+SH 固化盐渍土的抗压试验。结果表
明：盐渍土、石灰固化土和石灰+SH 固化土的抗压强度随冻融次数的增加而减小，石灰+SH 固化土的抗压强度均
(1) 盐渍土试样：含水率 15%，将水加入盐渍 土中，均匀拌和后密封 24 h，制备试样。
(2) 石灰固化土试样：含水率 15%，将水加入 盐渍土中，密封浸润 24 h；制样前，将干土质量 6% 的石灰加入土中，考虑石灰的硬化作用，计算所需 水量，将石灰、土和水均匀拌和。
(3) 石灰+SH 固化土试样：选择含水率 15%， 17%和 19%，先将所需水量的 2/3 加入盐渍土中， 密封浸润 24 h；制样前，将干土质量 0.6%的 SH 溶 解于剩余的 1/3 水中，喷洒于盐渍土表面，再加入 石灰和水，均匀拌和。 2.3 试验设备
increasing. The UCS value of lime-SH agent-saline soil is higher than that of other two types of soils after each
freezing-thawing cycle. The lime-saline soil and lime-SH agent-saline soil are strain-softening after each cycle of
property of three soils after freeze-thaw cycles. Key words：soil mechanics；freezing-thawing cycles；unconfined compressive strength；stress-strain；saline soil；
FANG Qiuyang1，CHAI Shouxi1，LI Min2，WEI Li1
(1. School of Geology and Geomatics，Tianjin Chengjian University，Tianjin 300384，China； 2. School of Civil Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China)
freezing-thawing. The original saline soil without being frozen-thawed is strain-softening and after cycles of freezing-thawing is strain-hardening. Under the condition of same freeze-thaw cycles，the UCS values decrease with the increase of water contents of lime-SH agent-saline soil，meanwhile，the stress-strain curves tend to be flat gradually and the brittle behavior of specimen reduces. According to the results，the lime-SH agent-saline soil has a marked resistance against freezing-thawing，and the water content is the key factor to affect the compressive
第 35 卷 第 5 期 2016 年 5 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.35 No.5 May，2016
冻融循环对固化盐渍土的抗压强度与 变形的影响
方秋阳 1，柴寿喜 1，李 敏 2，魏 丽 1
(1. 天津城建大学 地质与测绘学院，天津 300384；2. 河北工业大学 土木工程学院，天津 300401)
试样直径 61.8 mm、高 125 mm，干密度 1.65
g/cm3，采用双向静力压实法制备试样。 先将 1/3 质量的土料装入内壁涂抹黏稠油脂的
钢质模具内，使用钢柱上下同时静力挤压土料；然 后将上挤压面菱形刮毛，再装入 1/3 土料，重复上 述过程；最后倒入剩余的 1/3 土料，将试样挤压成 形。静置 3 min 后，用千斤顶将试样缓慢推出。将 试样置于温度 20 ℃湿度 95%的恒温恒湿养护箱， 养护 21 d，进行冻融循环试验和抗压试验。
water content
收稿日期：2015–08–04；修回日期：2015–09–01 基金项目：国家自然科学基金资助项目(41272335，51409079)；河北省自然科学基金资助项目(E2014202104)。 Supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos. 41272335 and 51409079) and Natural Science Foundation of Hebei Province(Grant No. E2014202104) 作者简介：方秋阳(1990–)，女，2009 年毕业于天津城建大学测绘工程专业，现为硕士研究生，主要从事固化土的工程性质方面的研究工作。E-mail： fangqiuyang123@163.com。通讯作者：柴寿喜(1962–)，男，博士，现任教授。E-mail：chaishouxi@163.com DOI：10.13722/j.cnki.jrme.2015.1078
关键词：土力学；冻融循环；抗压强度；应力–应变；盐渍土；含水率
中图分类号：TU 445
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2016)05–1041–07
Influence of freezing-thawing cycles on compressive strength and deformation of solidified saline soil
高于另 2 种土；冻融前后石灰固化土和石灰+SH 固化土均为应变软化型，盐渍土则由应变软化型转变为应变硬化
型。冻融循环次数相同时，石灰+SH 固化土的抗压强度随含水率的增加而减小，其应力–应变曲线逐渐趋于平缓，
土的脆性减弱。石灰+SH 固化土具有相对较好的抗冻融性能，含水率是影响冻融后土的抗压性能的首要因素。
将盐渍土风干、碾碎，过 2 mm 筛；生石灰粉 的有效钙镁成分为 70%；SH 固土剂(以下简称 SH) 为无毒水溶性液体状的改性聚乙烯醇，分子量为 20 000 左右，密度 1.09 g/cm3[15]。 2.2 试样制备
冻融循环次数：根据 M. Ghazavi 等[7-11]，试验 冻融循环次数选为 0，1，2，3，4，5，6，7，8， 10 次。
含水率：试验中以 2%的间隔设置 3 个不同初 始含水率 15%，17%和 19%。但为保证石灰硬化作 用充分进行，还需加入石灰质量 20%～30%的水[18]。 测试石灰固化土试样养护 21 d 的含水率为 16%，石 灰+SH 固化土的含水率分别为 16%，18%和 20%。
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岩石力学与工程学报
2016 年
1引言
北方滨海地区分布着大量的氯盐渍土，因土中 含有较多的吸附性钠离子，在潮湿环境中易吸湿软 化，又由于冬季结冰和春季融化，引起盐渍土的冻 胀和融沉问题。因此，研究冻融循环对固化盐渍土 抗压性能的影响，对北方滨海地区的道路工程建设 具有重要意义。Z. H. Yang 等[1-5]研究表明，冻融循 环影响固化土的抗压性能，但研究主要针对非盐渍 土，且多以石灰和水泥为固化材料。柴寿喜[6]利用 石灰和 SH 固土剂固化滨海盐渍土，提高了土的抗 压强度和抗变形性能，但未涉及冻融循环对石灰和 SH 固土剂固化盐渍土的抗压性能的影响。
冻融循环试验之前，用双层塑料薄膜包裹试样， 放入冻融试验箱。称取冻融循环前、后试样的质量，
第 35 卷 第 5 期
方秋阳等：冻融循环对固化盐渍土的抗压强度与变形的影响
• 1043 •
基本保持不变。说明采用双层塑料薄膜包裹试样可 避免冻融过程中水分的流失。
3 试验结果与分析
3.1 冻融循环次数对土应力–应变和抗压强度的影 响 图 1 为不同冻融循环次数下，盐渍土、6%石灰
冻融试验箱为无锡市华南实验仪器有限公司制 造的 DR-2A 冻融试验箱，温度范围－25 ℃～ +70 ℃。
无侧限抗压试验仪的钢环系数为 31.8 N/(0.01 mm)，试验速率 1 mm/min。以变形量 0.2 mm 间隔 计数一次。 2.4 试验条件
试验温度：邴文山[16]研究表明，土的冻结温度 越低，融化后其强度降幅越显著，当冻结温度低于 －10 ℃，强度的降幅趋于稳定。参考郭 军等[17]的 研究成果，近年天津冬季夜间最低气温－19 ℃左 右、春季平均气温 18 ℃左右。据此，选择冻结温 度为－20 ℃，融化温度为 20 ℃。冻结 24 h，融化 24 h 为一次冻融循环。
据此，选取冻融循环次数和含水率为影响因素， 完成了盐渍土，石灰固化土、石灰+SH 固化土冻融 循环前、后的无侧限抗压试验，分析土的抗压强度 和应力–应变性能随冻融循环次数与含水率的变化 规律，评价冻融循环对土的抗压性能的影响，为冻 融条件下盐渍土的固化提供理论依据与技术指导。
2 试验材料与条件
2.1 试验材料 盐渍土取自天津滨海新区，塑性指数 14，含盐
固化土和 6%石灰+0.6%SH 固化土的应力–应变曲 线。图中 FT 表示冻融循环次数。
冻融循环次数和含水率是影响冻融后固化土抗 压性能的重要因素。M. Ghazavi 等[7-9]分析得出， 固化土的抗压强度随冻融次数的增加而降低，且前 2 次的抗压强度降幅较大，随后降幅减小；T. L. Wang 等[10]发现冻融循环 5～6 次后，固化土抗压强 度降幅减小；M. M. Zaman 和 K. N. Naji[11]认为，冻融 循环 8～12 次后土的力学性能趋于稳定。R. J. Jamshidi 等[12-13]研究了冻融后不同含水率的固化土 的抗压性能，认为固化土的抗压强度随含水率的增 加而减小。王铁行等[14]发现，含水率较高时，冻融 循环后土的黏聚力降幅较为明显。
Abstract：The frost heave and thaw subsidence of saline soil induced by freezing and thawing weaks the
compressive property of saline soil in northern China. In order to study the effect of freezing-thawing cycles on the compressive properties of solidified saline soil，unconfined compressive tests(UCS) were conducted on the original saline soil，the lime-saline soil and the lime-SH agent-saline soil. The results indicate that the UCS values of the original saline soil，lime-saline soil and lime-SH agent-saline soil decrease as the freezing-thawing cycles
摘要：北方地区冬季结冰与春季融化引起土的冻胀和融沉问题，弱化了土的抗压性能。以研究冻融循环对固化盐
渍土抗压性能的影响为目的，完成冻融前后盐渍土、石灰固化盐渍土、石灰+SH 固化盐渍土的抗压试验。结果表
明：盐渍土、石灰固化土和石灰+SH 固化土的抗压强度随冻融次数的增加而减小，石灰+SH 固化土的抗压强度均
(1) 盐渍土试样：含水率 15%，将水加入盐渍 土中，均匀拌和后密封 24 h，制备试样。
(2) 石灰固化土试样：含水率 15%，将水加入 盐渍土中，密封浸润 24 h；制样前，将干土质量 6% 的石灰加入土中，考虑石灰的硬化作用，计算所需 水量，将石灰、土和水均匀拌和。
(3) 石灰+SH 固化土试样：选择含水率 15%， 17%和 19%，先将所需水量的 2/3 加入盐渍土中， 密封浸润 24 h；制样前，将干土质量 0.6%的 SH 溶 解于剩余的 1/3 水中，喷洒于盐渍土表面，再加入 石灰和水，均匀拌和。 2.3 试验设备
increasing. The UCS value of lime-SH agent-saline soil is higher than that of other two types of soils after each
freezing-thawing cycle. The lime-saline soil and lime-SH agent-saline soil are strain-softening after each cycle of
property of three soils after freeze-thaw cycles. Key words：soil mechanics；freezing-thawing cycles；unconfined compressive strength；stress-strain；saline soil；
FANG Qiuyang1，CHAI Shouxi1，LI Min2，WEI Li1
(1. School of Geology and Geomatics，Tianjin Chengjian University，Tianjin 300384，China； 2. School of Civil Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China)
freezing-thawing. The original saline soil without being frozen-thawed is strain-softening and after cycles of freezing-thawing is strain-hardening. Under the condition of same freeze-thaw cycles，the UCS values decrease with the increase of water contents of lime-SH agent-saline soil，meanwhile，the stress-strain curves tend to be flat gradually and the brittle behavior of specimen reduces. According to the results，the lime-SH agent-saline soil has a marked resistance against freezing-thawing，and the water content is the key factor to affect the compressive
第 35 卷 第 5 期 2016 年 5 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.35 No.5 May，2016
冻融循环对固化盐渍土的抗压强度与 变形的影响
方秋阳 1，柴寿喜 1，李 敏 2，魏 丽 1
(1. 天津城建大学 地质与测绘学院，天津 300384；2. 河北工业大学 土木工程学院，天津 300401)
试样直径 61.8 mm、高 125 mm，干密度 1.65
g/cm3，采用双向静力压实法制备试样。 先将 1/3 质量的土料装入内壁涂抹黏稠油脂的
钢质模具内，使用钢柱上下同时静力挤压土料；然 后将上挤压面菱形刮毛，再装入 1/3 土料，重复上 述过程；最后倒入剩余的 1/3 土料，将试样挤压成 形。静置 3 min 后，用千斤顶将试样缓慢推出。将 试样置于温度 20 ℃湿度 95%的恒温恒湿养护箱， 养护 21 d，进行冻融循环试验和抗压试验。
water content
收稿日期：2015–08–04；修回日期：2015–09–01 基金项目：国家自然科学基金资助项目(41272335，51409079)；河北省自然科学基金资助项目(E2014202104)。 Supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos. 41272335 and 51409079) and Natural Science Foundation of Hebei Province(Grant No. E2014202104) 作者简介：方秋阳(1990–)，女，2009 年毕业于天津城建大学测绘工程专业，现为硕士研究生，主要从事固化土的工程性质方面的研究工作。E-mail： fangqiuyang123@163.com。通讯作者：柴寿喜(1962–)，男，博士，现任教授。E-mail：chaishouxi@163.com DOI：10.13722/j.cnki.jrme.2015.1078
关键词：土力学；冻融循环；抗压强度；应力–应变；盐渍土；含水率
中图分类号：TU 445
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2016)05–1041–07
Influence of freezing-thawing cycles on compressive strength and deformation of solidified saline soil
高于另 2 种土；冻融前后石灰固化土和石灰+SH 固化土均为应变软化型，盐渍土则由应变软化型转变为应变硬化
型。冻融循环次数相同时，石灰+SH 固化土的抗压强度随含水率的增加而减小，其应力–应变曲线逐渐趋于平缓，
土的脆性减弱。石灰+SH 固化土具有相对较好的抗冻融性能，含水率是影响冻融后土的抗压性能的首要因素。