季冻土水分迁移项目成果报告.doc

吉林大学“大学生创新性实验计划”项目 成果报告 项目名称 季冻土水分迁移过程中微观结构特征研究 项目编号 2008C63172 项目负责人 王泉 学院、年级、专业 建设工程学院06级工程地质专业 联系电话 电子邮件 wangqua 指导教师姓名 陈慧娥 职称 副教授 填表日期 2010 年 4 月 15 日 吉林大学教务处制 冻土区具有不同于非冻土区的水文地质与工程特征，在冻土区施工必须考虑冻土类型、结构和施工作业与修建物可能引起的冻土变形变化给工程造成的影响,冻土中的水分迁移作为自然界水循环中的一个重要环节，其影响了冻土的很多重要性质,所以积极进行冻土中的水分迁移与土微观结构关系的研究有着重要意义。 项目的目的即是研究长春市季节性冻土水分迁移过程中微观结构的变化情况,项目按照计划顺利进行。 项目的成果: 一 土室内物理化学分析： （1）土粒度成分测定 土粒度成分是土重要的基本性质之一，对季节冻土的冻胀具有十分重要的影响。土颗粒越细，结合水膜越厚，冻结发生时，冰晶从水膜吸进水分子，水膜变薄，形成“负压”，引起新的水分子迁移补充，造成冰晶增长聚集，引起冻胀，冻胀就是土在冻结过程中，土中水分（包括土体孔隙中原有水分以及从外部迁移到土体来的水分，本次试验主要是原有水分）转化为冰，引起土颗粒间相对位移，使土体积产生膨胀，是土微观结构变化的宏观体现。细粒土颗粒细，土颗粒周围结合水膜厚，冻结中有足够的水分迁移，冰晶体聚集程度高，冻胀性强。粗粒土颗粒周围结合水膜薄，冻结时能够迁移的水分很少甚至没有，冻胀性降低。可见，土粒度成分是土冻胀过程中一个最有意义的研究因素。由于冻胀多发生在细粒土中，所以我们主要关注细粒土的划分。土中细粒组（＜0.075mm）含量大于或等于总质量50％的土称为细粒土。其中，根据粘粒（＜0.005mm）和粗粒（0.075~60mm）含量的多少又分为粉土、粉质亚砂土、粉质亚粘土和粘土。颗粒分析以长春市大安地区三支沟土作为试验材料，将三支沟地区不同深度处取得的土样在不同温度下煮，同时作了加入分散剂六偏磷酸钠的测试并将测试结果同未加分散剂的相比较。（试验数据见附表一） 由表中数据可知：长春大安地区三支沟土样的颗分结果说明该区季冻土粒径主要以粉粘粒为主，在不同的温度下加分散剂后粉粒组比重都有不同程度的降低，粘粒组含量都有不同程度的提高，在距地表较深处所取得土样这种现象更为明显。由于随着土粒径变细，土粒与水相互作用增强，当粉粒含量占主要组成时，冻胀性最强。而粘粒含量占主要组成时，虽然土分散性增加，颗粒自由能增加，颗粒与土中水作用增强，但不参与土冻胀的强结合水含量也随之增大，使土渗透性减弱，影响水分向冻结缘迁移聚集，故冻胀性降低。 （2）易溶盐的测定 易溶盐的分析主要是测定易溶于水的盐基的含量，包括钠盐、钾盐等易溶盐。这些盐类既可以呈固态，也可以液态存在于土中，而且经常因为外部环境和成分的改变而相互转化，它们溶解于孔隙溶液中的阳离子与土粒表面吸附的阳离子之间可以互相置换，并处于动态平衡，因此易溶盐的含量、成分和状态及其变换对土粒表面结合水含量等有较大影响。土中水溶液浓度是影响土冻结深度的主要因素之一，由于易溶盐含量越高，土冻结时起始冻结温度越低，且在冻结过程中未冻水含量越多。（试验数据见附表二） 由表中数据可知：同一温度下易溶盐总量随着土样击实度的变化不明显，同一击实度下易溶盐总量随温度的变化也不明显。但对于易溶盐分量中钾离子的变化规律是，对于相同温度的条件下，钾离子的含量随着击实度的提高而提高，在相同的击实度的条件下，钾离子的含量随着温度的降低而提高，同时钠离子的含量占主要地位，但是钠离子的含量没有上述规律，长春市大安区三支沟易溶盐的含量大部分高于0.3%，易溶盐含量较高，水的冰点较低低导致土孔隙中未冻水较多易于引起水分迁移，从而引起冻胀改变土的微观结构。 （3）比表面积及阳离子交换量的测定 土粒比表面积和阳离子交换对冻胀过程中土微观结构变化有很大的影响，一般来讲，土粒比表面积小，其表面吸附能力和阳离子交换能力也小，持水能力较差，不利于薄膜水的存在与迁移，所以冻胀性弱，土微观结构变化弱；土粒比表面积大，其表面吸附能力也增大，持水能力增强，薄膜水含量增高，因而在冻结过程中成冰和水分迁移能力也增大，所以冻胀性强，土微观结构变化强。 对于阳离子