凍融條件下河道淤泥氣泡混合土性質研究進展

嚴曉偉

（蘇州科技大學 土木工程學院，江蘇 蘇州215011）

1 研究背景

目前，我國的國土面積大，河道分布比較廣，導致國家花費許多代價來治理河道。其中河道清淤成為了一項必不可少的措施，然而處理的淤泥大多廢置，無法得到充分利用，因此才有很多學者對淤泥進行一系列的試驗研究。

河道淤泥具有高含水量、高壓縮性、強度低等特點，一般情況下在實際工程中很難直接使用，通過向淤泥中添加水泥、石灰等固化材料，來改善淤泥的物理力學性質，如顧歡達等[1]對淤泥的再生資源化利用進行了探討，試驗發現經過流動化處理后的河道淤泥具有一定的強度和韌性；三島嶋 雄，豐福俊泰[2-3]等研究氣泡混合土的物理力學性質，并分析其工程應用前景且具有流動特性的氣泡混合土特別適合地下或狹小趨于的回灌處理；由于氣泡混合土密度小，質量輕也可用作軟基處理或減小地基不均勻沉降。隨著國內外研究的進步，河道淤泥氣泡混合土（FMLSS）因其具有高流動性、輕質性、強度可調節等特點，逐漸成為研究熱點。很多學者對其進行分析，發現河道淤泥氣泡混合土的物理力學性質與水泥摻入量、氣泡含量、含水量以及養護周期有著密不可分的關系。

2 凍融研究進展

根據我國的地理分布特點，許多地方存在季節性凍土土的情況，這些地區路面會隨著氣溫的變化產生反復的凍結和融化，土體的內部結構也隨之改變，并且由此導致土的物理力學性質的改變，影響建筑物的安全性和耐久性。關于凍融對土性質影響的研究有很多，例如Chamberlain E J[4]等探討凍融對土的滲透性和結構的影響以及微觀機理研究；Majdi A. Othman[5]等研究凍融條件對黏土水力傳導率的影響。隨著我國經濟建設向西部的發展，在區建設中不可避免的遇到這些問題，例如房屋基礎的凍脹和融沉、公路路基的融沉、交通隧道的凍裂。凍融對土工程性質的影響大致可以從凍融對土物理性質和力學性質影響兩方面來分析，盡管他們是相互聯系的，以下是對這兩方面的研究現狀的論述分析。

3 凍融條件對物理性質影響

河道淤泥氣泡混合土主要是由淤泥、水、固化劑和氣泡在一定的比例下混合攪拌而成，要將其運用于實際工程中，必須要對凍融條件下氣泡混合土的物理力學性質有充分的了解。

周云東等[6]通過室內試驗研究凍融循環對氣泡混合輕質土體積、密度和氣孔結構等物理特性的影響，試驗結果表明密度的變化與氣泡混合輕質土的初始含水量密切相關，隨著凍融循環次數的增加，含水量和密度最終趨向于一個穩定值，而氣泡混合輕質土的體積變化率不超過1.5%。Konrad J M[7]等發現凍融條件下土體的固結程度會導致空隙率的增加或者減少。當在補水的條件下進行凍融循環試驗時發現反復的凍融循環作用會使土樣的含水量增加，從底部到頂部含水量逐漸遞增；黃土樣在凍融循環初期凍脹變形比較大，之后變形趨于穩定，后期土樣出現較小的沉降變形；凍融使得黃土樣的干密度逐漸減小，且凍融循環劇烈的上部干密度較下部較小。梁波等[8]在凍融試驗時發現由于水分向凍結峰面遷移，從初始階段的含水率平均分布，發展到土樣下部含水量減小，而上部含水率增大。

4 凍融條件對力學性質的影響

劉寅[9]考慮了不同初始含水率、不同冷端溫度以及不同循環次數三個影響因素，基于靜三軸試驗研究土樣的凍融特性及凍融循環次數對黃土力學性質的影響，凍融循環試驗揭示了黃土強度參數的變化，粘聚力在經過一定次數的凍融循環之后降到最低值并趨于穩定，內摩擦角總趨勢上略有增大，規律不明顯。對比凍融作用下對不同含水量、不同干密度和不同水泥含量土樣的抗剪強度，試驗發現經過凍融后的土樣粘聚力變大而內摩擦角無明顯變化，含水量和水泥含量對凍融前后的土樣的抗剪強度均有影響。孫勇等[10]選取一定深度天然鹽漬土，控制其在一定密度和一定含水率狀態下進行多次凍融循環試驗，試驗結果表明：在多次凍融循環之后，其粘聚力呈現先增大后降低的趨勢，而內摩擦角呈現不斷增大的趨勢。

5 結論

通過已有的試驗分析，凍融循環下土體的物理力學性質會發生一定的改變，影響因素包括密度、含水率、強度指標、壓縮系數等。由于河道淤泥氣泡混合土是由淤泥、水、固化劑、氣泡劑等攪拌而成，其配比的不同會直接對氣泡混合土本身性質產生影響，另外土質、凍結溫度、凍結時間以及外荷載等一些因素會對凍融循環下土的物理力學性質產生不同的影響。研究凍融循環下河道淤泥氣泡混合土的物理力學性質不僅需要考慮凍融前后指標的變化情況，還需考慮一些外在影響因素。

綜上分析，國內外對凍融作用進行了廣泛的研究，但是由于土質差異、試驗方法不同、試驗儀器條件不同等因素，基于凍融作用對于土的物理力學性質影響研究并沒有較為統一的系統性的結論。