关键词：
冻融循环
动态稳定态
膨胀率
无侧限抗压强度
抗剪强度指标
电镜扫描
摘要：
膨胀土是一种特殊的黏性土,具有遇水膨胀、崩解、软化,失水收缩、干裂、硬化等工程特性,这种工程特性对在膨胀土地区建设的路基、地基、边坡等工程结构造成的危害往往具有长期潜在性、突发性、反复出现性的特点,这种危害往往造成巨大的经济损失。在各种寒区工程的生产活动中都必须充分考虑膨胀土的性质及其随冻融状态的不同而产生的变化。采用三种改良膨胀土方案与纯膨胀土进行对比,以达到减弱或消除膨胀土胀缩性的目的。试验用土取自山东省临沂市,该膨胀土为中等偏弱膨胀土。以测定的最优含水率和最大干密度为控制指标制成两种规格试样,尺寸为3.91cm×8cm、6.18cm×2cm分别用于强度试验和膨胀率试验。共选取7d、28d、60d、90d四个龄期,纯膨胀土（ES）、水泥改良土（ES-C）、钢渣粉+水泥改良土（ES-SSP-C）、钢渣粉+水泥+氢氧化钠改良土（ES-SSP-C-SH）四组试样,设置-5℃、-10℃、-15℃三个温度进行膨胀土冻融循环试验研究。通过冻融循环过程中体积变化情况得出膨胀土的膨胀态势,并且结合质量变化率差值进行分析,得出体积变化率差值与质量变化率差值成正比。纯膨胀土体积的变化呈现持续的“冻缩融胀”特点,并且体积呈逐渐增大趋势,冻融循环对膨胀土损伤具有累积性;随着龄期逐渐增加,改良土的体积膨胀率呈下降趋势,高龄期试样在冻融循环中具有更强的体积控制能力,其中ES-SSP-C-SH试样在多次冻融循环中,体积变化率相差不大,其维持试样稳定性的能力更强。-15℃下,纯膨胀土和改良土的体积变化率均达到最大值。-10℃下,三种改良土试样,ES-SSP-C试样质量变化率差值、体积变化率最小,其膨胀态势也较弱。随着冻融循环次数的增多,膨胀土试样从不稳定态向动态稳定态转变,其冻缩量和融胀量渐趋稳定。对比四种组别试样的自由膨胀率和自由膨胀比大小关系为ES-SSP-C＜ES-C＜ES-SSP-C-SH＜ES试样,ES-SSP-C试样因掺加了钢渣粉这一耐低温、体积安定性好的材料,使得膨胀率最低;掺加的NaOH为蒙脱石层间结构提供了 Na+使得ES-SSP-C-SH试样自由膨胀率和自由膨胀比偏大。在一维无荷载膨胀率试验中,三种改良土试样在不同龄期、不同温度,撤掉冷源初期均出现了先短暂膨胀,而后大量收缩的现象,冻融循环使试样表现出超固结土特性,而纯膨胀土就不会出现上述现象。ES试样膨胀率随着温度的下降和冻融循环次数的增加而增加,-15℃时膨胀率高达14.32%。对比一维无荷载膨胀率试验来说,ES-SSP-C-SH试样相比于其他两组试样性能更好,各温度下的无荷载膨胀率数值都较小,温度越低,耐受能力越好。无侧限抗压强度试验得出纯膨胀土强度与养护龄期无关,只与含水率有关,含水率与强度成反比。7d、28d、60d、90d龄期时改良土试样无侧限抗压强度大小关系为ES-SSP-C-SH＞ES-C＞ES-SSP-C,ES-SSP-C-SH试样改良方案更具优越性;在冻融循环作用下,各类土体强度有不同程度的损害,并且在第1次冻融（F-T）循环时产生最大的强度衰减量,因钢渣粉抗冻耐久的作用,ES-C试样的强度损失率大于ES-SSP-C试样。在不同温度的冻融循环中,强度损失随温度降低而增大,-15℃时强度最低。不固结不排水（UU）三轴压缩试验表明100kPa围压时,ES-C试样相比于其他两组改良土试样更易出现达到剪切平衡后试样破坏,偏应力快速下降的现象。抗剪强度指标c、φ值在改良土中均比纯膨胀土有大幅度的提升,其中提升最大的是ES-SSP-C-SH试样,三种改良土试样的内摩擦角远大于纯膨胀土,提升了边坡稳定性。对纯膨胀土和改良土试样冻融前后进行电镜扫描,分别从低倍镜和高倍镜进行对比分析,得到三种改良土颗粒的分布都十分密实,颗粒之间的间隙相比于纯膨胀土也更小。三种改良土体中ES-SSP-C试样的密实度略差于另外两种。ES-C试样在高倍镜下发现水化产物钙矾石（AFt）,这种物质具有一定的膨胀性。在ES-SSP-C-SH试样高倍境下发现了更多的C-S-H,其对土颗粒的连结以及强度的提升起到直接的作用。研究也发现温度越低对膨胀土和改良土试样影响越大,-15℃时裂隙和孔洞发育都更明显,进一步验证体积变形率、强度衰减率达到最值的原因。
