松嫩平原鹽漬土物理力學性質及含鹽特征分析

冷冠軍，陳慧娥，符　銳，高　越（吉林大學建設工程學院，吉林長春　130000）

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松嫩平原鹽漬土物理力學性質及含鹽特征分析

冷冠軍，陳慧娥，符銳，高越
（吉林大學建設工程學院，吉林長春130000）

摘要松嫩平原地區分布著大量的鹽漬土。鹽漬土具有溶陷性、鹽脹性、腐蝕性等特點，對鐵路、公路、水利設施、房屋建筑等易造成嚴重危害。本文以長春至白城鐵路吉林松原段DK184 + 500—K190 + 600段鹽漬土為研究對象，對其物理力學性質和含鹽特征進行試驗研究。結果表明:該區鹽漬土物理性質相對穩定，有利于鹽漬土路基病害防治；該區鹽漬土屬中壓縮性土，個別地方壓縮性低、抗剪性強；該區鹽漬土化學成分以碳酸鹽為主，Cl-，SO?，CO?含量較少且相對穩定，HCO3-含量較多且在水平、豎直方向無規律分布，不同地區HCO3-含量變化較大。研究成果可為該區域鹽漬土路基病害的防治提供參考。

關鍵詞鹽漬土；物理性質；力學性質；含鹽特征

我國鹽漬土分布十分廣泛，面積較大，總面積可達9. 913×107hm2，其中現代鹽漬土的面積為3. 963× 107hm2，其余為殘余鹽漬土［1］。松嫩平原地區分布著大面積的鹽漬土，僅吉林省西部蘇打鹽堿土的面積就大約有1. 7×106hm2［2］。鹽漬土具有溶陷性、鹽脹性、腐蝕性等特點。鹽脹病害一直是鹽漬土地區修筑公路的主要病害之一［3］。因大面積的鹽漬土對公路及其他建筑物的破壞而造成的經濟損失十分巨大，因此，有必要對鹽漬土的物理力學性質和含鹽特征進行更深一步的研究。

選取長春至白城鐵路吉林松原段DK184 + 500—K190 + 600段為研究區域，以分布于該段的鹽漬土為研究對象，對其物理力學性質、含鹽特征進行分析，以進一步了解該區段鹽漬土路基的工程特征，為鹽漬土路基病害問題的解決提供理論基礎。

1　研究區段概況

DK184 + 500—K190 + 600段位于吉林省中西部，東經123°6'～126°11'，北緯43°59'～45°32'，地處松遼沖積平原一級階地。地形平坦，表層分布第四系全新統沖積層（Q），下伏第四系全新統湖沼積層（Q）、第四系上更新統沖積層（Q）。沿線地下水埋深為3. 0～10. 0 m。研究區域屬溫帶大陸性季風氣候區，春季干旱少雨，升溫較快；夏季炎熱，降水集中；秋季涼爽，變溫快，溫差大；冬季漫長，降雪量小，寒冷干燥。年平均風速為13. 3 m/s，年平均氣溫4. 5℃左右，年降水量在400～500 mm。該區域鹽漬土含鹽成分主要為NaHCO3。鹽漬土的形成是氣候條件、地形地貌、成土母巖、水文地質條件、生物積鹽作用、人為經濟活動等諸多因素共同作用的結果，其中潛水埋藏淺、徑流不暢是該區域鹽漬土形成的內在原因［4-5］。

2鹽漬土物理性質分析

對均布于DK184 + 500—K190 + 600段深度為2. 0 m的5個點進行取樣分析，土樣基本物理性質指標見表1。

表1　土樣基本物理性質指標

分析表1中數據可知，該區段土樣天然密度為1. 74～1. 97 g/cm3，天然含水率為11. 0％～27. 1％，天然孔隙比為0. 646～0. 775。1#，3#，4#，5#土樣的飽和度＞80％，屬飽和土，2#土樣屬稍濕土。由液性指數來看，2#和5#土樣堅塑，1#，3#，4#土樣可塑。從塑性指數來看，2#，4#土樣低塑性，1#，3#，5#土樣高塑性［6］。從總體來看，研究區段土樣物理性質相對穩定，對鹽漬土路基的病害防治有利。2#土樣天然密度、天然含水率、飽和度、液限、塑限、液性指數，塑性指數都較小。2#土樣與其他土樣相比性質差別較大。這與2#點的孔口高程較高及人類活動有關。

3　鹽漬土力學性質分析

土的力學性質是土的工程性質的重要組成部分，與工程建筑物的穩定和正常使用密切相關，其指標可直接用于工程設計。鹽漬土既具有一般土的力學性質，又有其特殊性。通常在氣候干燥狀態下，由于鹽的膠結作用，含鹽地層的力學性質較好，但在浸水（如雨、雪）條件下，其力學性質會迅速惡化，造成路基的嚴重塌陷和毀壞［7］。表2是鹽漬土力學性質指標。

表2　鹽漬土力學性質指標

分析表2數據可知，1#～5#土樣的壓縮系數在0. 16～0. 34，壓縮模量在4. 95～9. 57，屬中壓縮性土；1#，3#，4#，5#土樣內摩擦角在10. 63°～13. 67°，2#土樣內摩擦角為20. 56°；1#，3#，4#，5#土樣黏聚力在16. 6 ～34. 0 kPa，2#號土樣黏聚力為125. 6 kPa。總體來看，2#土樣壓縮性低、抗剪性強，主要是由于2#土樣含水率低所致。含水率低時，土顆粒間結合水膜較薄，土體具有較強的連結作用，土顆粒間摩擦阻力大，土體具有較強抗剪作用。

4　鹽漬土含鹽特征分析

鹽漬土含鹽成分及含鹽量對土的工程性質影響較大，鹽分改變土的成分，影響土的結構，從而影響土的性質。干燥時，隨著鹽分的增多，土的強度增大，承載力提高；但在浸濕時，由于溶陷作用而使土體穩定性變得很差。鹽漬土對路基工程性質的影響，主要與易溶鹽含量有關。而鹽漬土的分類定名及很多性質，都與陰離子密切相關。因此，本文只對鹽漬土易溶鹽中含量較多的陰離子做了分析。在DK184 + 500—K190 + 600段選有代表性的5個點鉆探取樣分析，取樣深度范圍為0～3. 5 m。表3、表4分別為1～5鉆孔不同深度處土樣F值與G值統計結果。

式中：c為100 g土中所含陰離子的毫摩爾數，單位mmol/100 g。

表3　不同深度土樣F值統計結果

表4　不同深度土樣G值統計結果

分析表3、表4，不考慮誤差較大的值，由《巖土工程勘察規范》中鹽漬土分類標準可知，2，3，4號鉆孔土樣屬亞硫酸鹽漬土，1，5號鉆孔土樣F值變化較大。1號鉆孔土樣在深0. 05～0. 25 m，2. 5～3. 5 m為亞硫酸鹽漬土，1. 0～2. 0 m為亞氯鹽漬土，0. 25～1. 0 m，2. 0 ～2. 5 m為亞硫酸鹽漬土與亞氯鹽漬土過渡層；5號鉆孔土樣在深0. 05～0. 5 m，1. 5～3. 5 m為亞硫酸鹽漬土，0. 75～1. 0 m為亞氯鹽漬土，0. 5～0. 75 m，1. 0～1. 5 m為亞硫酸鹽漬土與亞氯鹽漬土過渡層［8］。

4. 1易溶鹽沿深度分布特征

以具有代表性的4，5號鉆孔土樣為研究對象，分析土樣中陰離子含量隨深度變化規律。土樣中陰離子含量隨深度變化曲線見圖1。

分析圖1可知，該區段易溶鹽成分中HCO3-含量較高，在300 mg/kg以上，遠高于其他離子。Cl-，SO，CO含量較少，在200 mg/kg以下，且含量大小順序為SO＞Cl-＞CO。SO，Cl-，CO含量較穩定，不隨深度變化而發生太大改變。從總體來看：HCO3-在深度0～1. 5 m含量相對穩定，深度＞1. 5 m后含量變化較大且無明顯規律。

4. 2易溶鹽沿水平方向分布特征

不同深度處陰離子含量沿水平方向變化曲線見圖2。

由圖2可知：在同一深度上沿水平方向Cl-，SO，CO含量相對穩定，其中Cl-含量最為穩定。HCO3-沿水平方向變化較大，且無明顯規律；沿水平方向，HCO3-含量最高，＞300 mg/kg；SO，Cl-，CO含量較HCO3-低很多。SO含量在50～300 mg/kg，CO和Cl-含量＜150 mg/kg。

圖1　土樣中陰離子含量隨深度變化曲線

圖2　不同深度處陰離子含量沿水平方向變化曲線

從水平、豎直兩個方向綜合來看，該區段路基土中，HCO3-含量較高且變化較大，含HCO3-的鹽屬碳酸鹽，主要為NaHCO3。碳酸鹽又稱堿性鹽，在土中一般含量較少，而在松嫩平原地區其含量較其他地區多。碳酸鹽的水溶液堿性反應較強，對土顆粒間的膠結起分散作用，容易使土產生膨脹，同時使土滲透性減弱。碳酸鹽含量較高的鹽漬土，干燥時致密堅硬，強度較高；潮濕時，親水性、塑性、膨脹性、壓縮性都很大，穩定性低，不容易排水，很難干燥。該區段氯鹽及硫酸鹽含量較少且穩定。氯鹽的溶解度大，有較大的吸濕性，具有保持水分的能力，結晶時體積不膨脹，冰點較純水顯著降低。氯鹽具有較強的吸濕性和保濕性，這在干旱地區有利于路基施工與保養，在潮濕地區則易吸水軟化，降低土體強度。該區段硫酸鹽以硫酸鈉為主，其溶解度隨溫度變化，在32. 4℃時溶解度最大。當低于這個溫度時硫酸鈉分子便結合10個水分子變成晶體，體積增大3倍多；高于這個溫度時又脫水，體積縮小。而松嫩平原地區年溫差大，最低溫度（- 36. 1℃）出現在1月，最高氣溫（37. 0℃）出現在7月，這對鹽漬土路基是十分不利的。含硫酸鹽的鹽漬土最突出的工程地質問題是填料中硫酸鈉超過2％時，由于溫度的變化，體積不斷地膨脹或縮小，如此反復進行，會降低土體的強度。松嫩平原地區鹽漬土鹽分以碳酸鹽為主，存在少量的硫酸鹽及氯鹽。對松嫩平原地區鹽漬土防治，應主要考慮碳酸鹽，同時也要綜合考慮硫酸鹽、氯鹽。對該地區鹽漬土路基進行處理時可單獨采用提高路基法、設置隔離層法、路基排水法、路基換填處理法、礫石樁加固路基法、強夯法［9］，也可組合使用。

5　結論

松嫩平原地區鹽漬土成因復雜，土體鹽分中以碳酸鹽類居多［10］，HCO3-含量較高且變化較大。而碳酸鹽在潮濕時親水性、塑性、膨脹性、壓縮性都很大，穩定性差，對工程建設較為不利。

公路、鐵路選線時應盡量避開鹽漬土區域。通過該區域的路基要結合本區域鹽漬土的特征、公路的等級、毛細水上升的高度、鹽脹深度、凍脹深度、安全高度等綜合考慮，采取經濟合理的處理措施來治理鹽漬土病害。

參考文獻

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（責任審編葛全紅）

Analysis on Physical-Mechanical Properties and Saliniferous Feature of Saline Soil in Songhuajiang -Nenjiang Plain

LENG Guanjun，CHEN Huie，FU Rui，GAO Yue
（College of Construction Engineering，Jilin University，Changchun Jilin 130000，China）

AbstractT here is a large area of saline soil in Songhuajiang-Nenjiang Plain. Saline soil has the characteristics of collapse，salt expansion and corrosion，threatening the safety of infrastructures such as railway，highway，water conservancy facilities and buildings. A railway（DK184 + 500—K190 + 600）from Changchun to Baicheng in Songyuan，Jilin was studied in this paper. T he physical-mechanical properties and saliniferous feature were tested. T he results show that the physical properties of saline soil in this area is relatively stable，which is beneficial to the prevention and treatment of saline soil subgrade disease. T he saline soil in this area belongs to the medium compression soil with low compressibility and high shear strength. T he main element is carbonate and the contents of Cl-，SO24-and CO23-are less and relatively stable. T he content of HCO3-is rich and is distributed in horizontal and vertical direction with irregularity. T he content of HCO3-distributed in this area is different within a large range. T his research provides suggestion on prevention and treatment of saline soil subgrade disease in this area.

Key wordsSaline Soil；Physical property；M echanical property；Saliniferous feature

中圖分類號TU448

文獻標識碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 28

文章編號：1003-1995（2016）06-0104-04

收稿日期：2015-10-10；修回日期：2016-04-02

作者簡介：冷冠軍（1991—），男，碩士研究生。