青海北部高含盐细砂冻胀特性研究

0 引言

在我国经济快速发展的进程中，铁路运输扮演着不可替代的重要角色[1]。同时，在高寒地区，路基土体的冻胀问题给铁路的修筑技术带来了严峻的考验，冻胀和融沉的产生导致轨道线路的不平顺给铁路的运营安全造成严重威胁。因此，受到国内外学者的广泛关注。

在早期，陈肖伯等[2]通过研究不同级配砂砾料在不同冻胀速率下的冻胀敏感性试验中得到砂砾料的冻胀率随冻结速率的变化规律。Ayorinde[3]探讨了盐渍土冻胀的测试方法。Arenson等[4]介绍了一定冻结温度下不同盐度的冰透镜结构，并分析了盐度对粗细粒砂冻结的影响[5]。Ustun等[6]通过对含有粉煤灰的盐渍土开展冻融试验发现，粉煤灰对盐渍土的冻融稳定性有显著提高作用。包卫星等[7]对硫酸盐渍土在冻融条件下的盐胀特性开展了试验研究，发现盐渍土的盐胀特性不仅与含盐量有关，还与土的种类密切相关。后来，王莉莉[8]通过室内试验对黄土盐渍土的冻胀特性进行了系统研究，证实了盐渍土的土质对其冻胀性的影响。Sinitsyn等[9]针对冻结砂质盐渍土开展了试验研究，对该状态下盐渍土的力学特性进行了分析，并测定了其孔隙溶液的凝固点； 王文华[10]研究了吉林省西部地区土壤不同密实度，给出了含水量和低含盐量下冻胀率的变化规律。程佳等[11]结合青藏铁路多年冻土区的地质条件，研究了冻胀率随含泥量、 含水率、 干密度的变化关系。张英等[12]通过对现有盐渍土研究方法和思路的总结，发现了现有研究的问题并提出了新的研究思路。杨西锋等[13]归纳了改良盐渍土常用方法并提出将多种固化方法和固化剂对盐渍土路基综合固化。牛江宇等[14]通过对冻结盐渍砂土单轴抗压试验分析了盐分对土体力学参数影响以及弹性模量与含盐量、 温度之间的关系。王永涛等[15]利用单向冻结试验，对开放系统下，不同温度梯度的粉土的冻胀规律展开了研究，发现了其冻胀率变化是由未冻结区固结和已冻结区冻胀共同作用导致。曹立[16]通过现场试验分析了季节冻土区不同深度下的水热特性和冻胀随温度的变化特征。

截止目前，虽然国内外对盐渍土冻胀问题的相关研究成果比较多，但绝大多数研究仅仅是针对低含盐量(5%)的黏土来进行的，而对于高含盐量的盐渍砂土的相关研究甚少。近年来，随着经济的快速发展，铁路线路不可避免地穿越极端气候盐渍土地区，其含盐量远远高于5%，甚至达到30%以上，常规盐渍土地区相关技术指标的适用性有待考究。因此，对这类极端气候条件下的高含盐量的盐渍土的工程特性开展深入研究尤为紧迫。本文所依托的项目为新建锡铁山到北霍布逊的地方铁路，通过对不同含水量和含盐量下的高含氯盐细砂土冻胀特性的研究，探究在寒冷环境下，高含盐细砂土铁路路基土的冻胀规律，以期为该类地区的路基设计及防冻胀措施提供理论依据及技术支撑。

在涨跌循环的市场规律下，今年一个意外的干扰因素是非洲猪瘟疫情，对于禽类市场的提振较为明显。尤其进入10月份后，疫情发展较快，禁运令对于生猪市场影响进一步显现，禽类市场开始进入震荡上行的趋势，蛋鸡养殖盈利较可观。卓创资讯市场分析王爱丽认为，从鸡苗销量看，后期新开产蛋鸡的数量也偏少，一直到年底都是这样。十二月、一月整体供应都偏紧张，所以鸡蛋价格会维持在高位，行情偏好。

1 室内冻胀试验

1.1 室内冻胀试验土样

本项目位于青海省海西州大柴旦行委和都兰县，现场试验段位于北霍布逊湖湖积平原，土样取自该铁路DK40+630～DK40+740试验段，通过现场取样，实测该地区天然土样的含盐种类为氯盐，且平均含盐量为22.10%。根据筛分试验获得其颗粒级配曲线如图1，从级配曲线图可以得出，颗粒组成大多集中在0.1～1 mm，不均匀系数为3.14。

图1 无盐细砂粒径级配累积曲线 Fig.1 Grading curve of fine sand without salt

1.2 试验仪器的选用

本试验主要研究土体竖向冻胀特性，即仅在土样侧向施加约束的情况下进行单向冻胀。参考相关资料及规范[8-9,16]，结合高含盐砂土工程特性，本试验采用自制的冻胀试验装置对其冻胀特性展开系统研究。试验装置主要部件如下：

(1) DW-40型低温试验箱： 正常工作温度范围为-40～50 ℃，满足极端气候试验条件； 温度精度为0.1 ℃能够精确控制试验所需温度； 温度波动为±0.2 ℃，能够较好地稳定环境温度； 工作尺寸380 mm×430 mm×600 mm，满足了单向冻结的需要。

(2) 试样盒： 外径为120 mm，内径为100 mm，壁厚为10 mm，高度为100 mm。

第一，加强统一规范管理，健全“三新”统计制度体系，提高分类科学性和管理规范性。要紧密结合当前国家关于“三新”统计的要求，认真梳理和分析，对“三新”经济行业分类情况进行前期摸底调研。总结目前的分类情况，结合“三新”行业实际，深入研究行业划分标准，完善基础分类制度，制定具体的统计目标、指标、标准、内容和方法，完善调查统计制度和监测制度，完善关联的法人政策体系和基础平台。借助现代互联网技术等加强信息分析和综合调度，探索“三新”经济新的统计核算方法，从而对“三新”经济发展规模、组织结构、管理成效等进行全面统计分析，找出存在的问题，加以整改，不断推动“三新”经济统计工作扎实推进。

式中： Z为冻胀率(%)； x为含水率(%)； y为含盐量(%)； a、 b、 c、 d、 e为待定参数。

制样时，为保证土样的均匀性，本试验采用干密度控制法。首先按照试验所需的目标含盐、 含水量配置充足的重塑盐渍砂土，再根据所需干密度计算出每个试件所需要的试验用土重量，然后将该土样分层击实到预定的体积内(为方便制样，可将凡士林均匀涂抹于试样筒底部和侧壁以增强润滑作用)，完成后用塑料薄膜密封试样，静置一段时间(约7 d)使其结晶过程充分稳定，以避免盐胀效应对冻胀的影响。

小儿年纪偏小,其难以理解护理人员的语言。护理人员则可以让患儿家长配合,指导家长给予患儿充分的抚触,减少患儿的哭闹情绪。或者,护理人员可以给予患儿玩具,与患儿游戏促使其注意力分散,使得患者能积极地配合医生操作。如果患儿年龄偏大,护理人员可以积极地引导患儿诉说自己的情绪,并适当地给予安抚。

(4) 烘箱： 试验箱体内温度能保持105～110 ℃ 的电热烘箱。

为了更加合理地模拟真实气候环境，利用当地气温实测数据拟合，获得试验拟用温度变化曲线，如图3所示。由拟合结果可知，当地气候的最低气温约为-15 ℃。为结合工程实际，本文主要研究该温度下含盐细砂的冻胀特性。

(5) 电子秤： 测量精度0.01 g，可称量3 kg以上的重量。

主要用到的试验设备及仪器，如图2(a)、 2(b) 所示。

图2 试验设备及仪器 Fig.2 Photos showing the test equipment and apparatus

1.3 试验方法及误差控制

图3 当地大气温度年变化曲线及拟合曲线 Fig.3 The local air temperature curve and fitting curve

Xizhen,G.Z.(1991:26-45)lists eight functions of context,namely absolute function;restrictive function;interpretive function;design function;filtering function;generative function;transformative function;acquisitive function.

根据现场土工试验结果，试验段的原状土样初始含盐量为22.1%，平均初始干密度约为1.9 g·cm-3，通过饱水试验确定该土的饱和含水率为18%。为了探究含盐量和含水量对该类土的工程性质的影响，本次试验采用人工配置不同含盐、 含水量等级的土样进行冻胀试验。从而取最高含盐量为25%，初始干密度为1.9 g·cm-3。由于该地区地下水位线较浅，甚至地表多有积水现象，因此试验土样最大含水量取饱和含水率(18%)。为了保证试样配制的准确性，在制备试样前，利用蒸馏水充分清洗土样使其含盐量接近0%以备制样使用。

(3) 百分表： 量程为50 mm，精度为0.01 mm。

1.形象思维和抽象思维的统一符合儿童思维和认知发展特点。儿童主要以形象思维来观察世界。情境教学抓住儿童的这一思维特点，将“形真、情切、意远、理寓其中”融为一个整体，一以贯之，将知识从具体到抽象，再从抽象到具体，让儿童真正理解，这符合儿童思维和认知的发展特点。[1]

本试验对6组(0%、 3%、 5%、 10%、 15%、 25%)不同含盐量的试样展开研究，需要注意的是，本试验配制盐渍土的盐采用当地现场采取的NaCl盐晶体，采用的含盐量算法为： n=m盐/m土+盐。具体试样配制情况如表2所示。

表2 土样配制情况表 Table 2 Conditions of the prepared soil specimens

干密度含盐量n含水率ω/%1.9 g·cm-30%, 3%, 5%,10%, 15%, 25%1012141618

试验时，将试样筒放到温控环境箱中，为保证试验过程中试样温度的均匀性，在试样筒的周围包裹一定厚度的保温材料，并通过百分表测量低温环境下土样的冻胀量。试验开始时，将环境箱温度设定为0 ℃，稳定4 h后，待土样温度稳定后，再按0、 -1、 -2、 -3、 -4、 -5、 -6、 -7、 -8、 -9、 -10、 -15、 -20、 -25、 -28、 -30 ℃稳态降温设置进行试验。

依据《土工试验方法标准》(GB/T 50123-1999)中的规定，试验过程中，土样的冻胀率可按下式进行计算：

(1)

由图6可以看出，随着含盐量的变化，冻胀率的变化幅度较小，约为0.2%，说明了含水量对冻胀量的影响较含水率对冻胀率的影响小。同时可看到，不同含水率的试样均在含盐量为5%时达到一个极大值，说明了含盐量对冻胀率的影响区别于含水量，随着含盐量的增加，冻胀量没有单调递增或递减，而是呈先增大后减小的规律。具体的，在含盐量低于5%时，冻胀量与含盐量成正比，增幅约为0.3%； 高于5%时，冻胀量与含盐量成反比，减小幅度约为0.4%。含盐量为5%土样冻胀率最大，含盐量为25%土样冻胀率最小，说明盐的含量增加对冻胀率的增加存在阻碍作用。究其原因，当含盐量达到某一临界值时，土中水的盐饱和度达到上限，继续增大含盐量会使多余的盐分以结晶的形式析出，形成固体颗粒与盐溶液发生离子交换作用，从而对冻胀过程产生抑制。但与含水量变化对冻胀量的影响(0.9%)相比，含盐量对冻胀量的影响较小。

2 结果与分析

2.1 温度对冻胀规律变化的影响

探究温度的影响时考虑极端气候环境，本试验取-30 ℃ 作为最低温度，含盐量取25%作为最大含盐量来进行冻胀量的观测。图4给出了含水量分别为10%、 14%和18%时的三组土样在不同含盐量的条件下，冻胀率随温度的变化情况。由图可知，含盐细砂的起胀温度约在-2～-6 ℃之间，受含水量的影响不大，主要取决于含盐量。当含盐量小于5%时，起胀温度在-3～-5 ℃； 当含盐量大于5%时，起胀温度在-3～-6 ℃。当含盐量为5%时，起胀温度达到最高，约为-2 ℃，当含盐量为25%时，起胀温度最低，约为-6 ℃。并且，冻胀率随着温度的降低而升高，大约在-25 ℃趋于稳定。

2.2 含水量对冻胀规律的影响

解放战争时期，除了继续使用抗日战争时期的各类票证外，各解放区政府还发行过军用粮秣票，野战部队也都各自发行过使用粮票证券。在陕甘宁边区、晋绥边区、晋察冀边区、晋冀鲁豫边区、华北根据地、山东根据地、华东根据地、豫皖苏根据地等都发行有大米票、兑米票、饭票、小麦票、餐票等。野战部队发行的票证有“中国人民解放军第二野战军新区借粮证：‘米票壹斤’”“中国人民解放军预借公粮大米证”“军用餐券”等。

由图5可知，冻胀曲线呈现先增大后趋稳定的“S”型增长形态。具体的，在-15 ℃的环境温度下，含盐量固定时，土样的冻胀率随着含水率的增加而增大，含水率达到16%时逐渐趋于稳定，平均冻胀率增大约0.8%。拐点处含水率为14%，即含水率低于14%时冻胀增长速率逐渐增大，含水率超过14%后冻胀增长速率逐渐减小，到含水率为16%时冻胀增长率趋于零，从而达到冻胀率的最大值，约为2.7%。不同含盐量的试样，在含水率较小时，冻胀量相差不大，约为0.15%，达到饱和含水率时，不同含盐量的试样冻胀率相差较大，约为0.5%。究其原因，由于试验密实度相对较大(干密度1.9 g·cm-3)，土颗粒间的孔隙很小，孔隙水冻结体积膨胀，冰晶迅速填充土颗粒间隙，使得土样发生冻胀； 随着含水量的增加，冰晶增多，冻胀量越大。当土体达到饱和时，土颗粒的孔隙全部被孔隙水填满，冻胀量达到最大值。

为了探究含水量对盐渍砂土的冻胀规律影响，考虑最不利条件，选取-15 ℃作为试验环境温度，根据现场实测情况，确定试样的干密度为1.9 g·cm-3。分别对6组不同含盐量等级的盐渍砂土进行不同含水量下的冻胀试验，得到含水率与冻胀量的关系曲线图，如图5所示。

图4 冻胀率随温度变化曲线 Fig.4 Frost heaving rate changing with temperature of specimens with water content of 10% (a), 14% (b) and 18% (c) and various salinity

2.3 含盐量对冻胀规律变化的影响

探究含盐量对盐渍砂土的冻胀规律影响时，同样选取-15 ℃作为试验环境温度，确定试样的干密度为1.9 g·cm-3。分别对5组不同含水量等级的盐渍砂土进行不同含盐量下的冻胀试验，得到含盐率与冻胀量的关系曲线图，如图6所示。

图5 冻胀率随含水率变化曲线 Fig. 5 Frost heaving rate vs water content of specimens with various salinity

图6 冻胀率随含盐量变化 Fig.6 Frost heaving rate vs salinity of specimens with various water content

式中： η为冻胀率(%)； ΔH为试验期间总冻胀量(mm)； Hf为冻结深度(不包括冻胀量)(mm)。

3 数据拟合

根据图5和图6中所示含水量与含盐量对冻胀率的影响规律曲线形态可以看出，冻胀率随含水率的变化规律可以近似地用三次多项式函数关系来表达，而冻胀率随含盐量的变化规律则可以近似地用一次函数关系来表达，因此，冻胀率随含水率及含盐量的变化关系可用式(2)表达：

Z=a·x3+b·x2+c·x+d·y+e

(2)

2018 “13 Impressionen aus CHINA”，Galarie Djesany Weserstr.11·柏林

根据式(2)所示关系式，将大量实测试验数据进行三次函数拟合，结果如表3所示。

表3 干密度为1.9 g·cm-3时的拟合参数 Table 3 Values of the parameters a, b, c, d and e in the fitting equation of the specimen with dry density of 1.9 g·cm-3

abcde相关系数-134.0980056.59943-7.522850.020620.360270.97132

由上述结果可看出，拟合相关系数为0.97132，表明了拟合结果与试验数据良好的相关性。将各参数带入式(2)中，得到冻胀率随含水率及含盐量的变化关系式为：

Z=-134.09800x3+56.59943x2-7.52285x+0.026062y+0.36027

(3)

将冻胀率关于不同含水率、 含盐量下冻胀规律的三维关系图绘于图7。从图7中可以看出，随着含盐量的增加，冻胀率的变化平缓，但随着含水率的变化非常明显，符合客观物理事实，说明了盐分对冻胀率的影响较小。为了更清楚地说明拟合的相关程度，图8列出了含盐量不同时冻胀率随含水率变化的拟合曲线。其中图8(a)～8(f)分别对应干密度为1.9 g·cm-3的条件下含盐量为0%、 3%、 5%、 10%、 15%、 25%时冻胀率关于不同含水率的拟合情况。由图8可知，在不同含盐量下，含水率与冻胀率的关系曲线拟合效果均较好，表明式(3)对冻胀率、 含盐率和含水率三者关系的表达较为准确。另外，通过拟合曲线可以看到，在含盐率小于3%时，拟合曲线的线性与大于3%的略有不同。随着含盐率的增大，分别在11%和17%时出现了拐点，并在含盐率为5%，含水率为17%时冻胀率达到最大值； 在含盐率为25%，含水率为11%时冻胀率达到最小值。表明了含盐率与含水率对冻胀率的耦合影响关系。

图7 干密度为1.9 g·cm-3时实测值与拟合值对比 Fig.7 The measured value and fitted value of the specimen with dry density of 1.9 g·cm-3

图8 冻胀率随含水率变化的拟合曲线 Fig.8 Measured and simulated curves of frost heaving ratio vs water content of the specimen with salinity of 0% (a), 3% (b),5% (c), 10% (d), 15% (e) and 25% (f)

4 结论

通过对新建锡铁山到北霍布逊的地方铁路不同含水率和含盐量的高含氯盐细砂土冻胀特性的研究，得到以下结论：

(1) 含盐细砂的起胀温度受含水量的影响不大，主要取决于含盐量。含盐量为5%时起胀温度最高，此后基本随含盐量的增加而降低。冻胀率随着温度的降低而升高。

(2) 在相同初始干密度、 同一含盐量下，含氯盐细砂土的冻胀率随着含水率增加呈“S”型递增趋势，在14%时增加趋势减缓，在16%处基本稳定。

(3) 含水率一定时，若盐量小于5%，则冻胀率与含盐量成正比例关系，若含盐量大于5%，则冻胀率与含盐量成反比例关系。

(4) 通过对试验所得数据进行拟合，得到在干密度为1.9 g·cm-3的氯盐砂土的冻胀率与含水率和含盐量的经验关系式，并通过与实测数据的对比分析验证了其良好的相关性。

凌晨两点左右，王树林再次被骤然响起的电话铃声吵醒。是陌生号码。对方确认了王树林的身份后，告诉他这里是110事故处理中心，大约一个小时前在环城一号高速30公里处发生了一起交通事故，一辆奥迪轿车被从后驶来的大货追尾，轿车撞出护栏翻入20米深的路坎下。驾驶员当场身亡。随驾的一名女士伤势严重，不幸的是，经过警方确认，这名女士正是你的妻子，请你马上赶到504医院配合警方调查。

河道采砂管理是江西水利管理的焦点，也是政府社会管理的难点。近年，江西省水利厅在省委、省政府的正确领导下，在水利部、长江委的指导下，通过完善法律制度、落实地方行政首长负责制、改革管理模式、强化执法监管、加大非法采运砂石打击力度等一系列强有力的措施，切实加强了采砂管理工作，维护了良好的河道采砂管理秩序，确保了河道安全、防洪安全和通航安全。

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