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吉林省西部地区盐渍土水分迁移及冻胀特性研究

王文华  
【摘要】:吉林省西部地区属于典型的季节性冻土地区,水分、盐分的迁移加剧了该地区土壤的盐渍化及冻胀程度。为掌握吉林省西部地区盐渍土的水分迁移和冻胀特性,从而为有效控制该区土壤盐渍化及冻胀不断加剧的趋势进一步提供理论依据,本文以吉林省西部地区碳酸盐渍土为研究对象,在国家自然科学基金项目“东北季冻区路基土水分迁移的微观机理研究”、国家自然科学基金国际合作项目“不同气候带几种表生特殊土的形成环境及演化趋势”资助下,通过对研究区不同季节、不同深度土样的室内常规试验、研究,分析了平面及纵向剖面上土体的物理化学性质分布特征及其随季节的变化规律;然后对土样进行了直接法和冻融法的室内水分迁移大型模拟试验,通过对单次和多次冻融前后土样的含水率、含盐量的对比分析,研究了单次和多次冻融循环过程中土的水分迁移及盐分运移特征。研究表明:由于该区大部分土体含有大量的交换性钠,孔隙主要以细毛管孔隙为主,所以直接法试验中毛细现象微弱,冻融法试验中温度界限附近存在的水分迁移现象主要是温度梯度作用引起的土中薄膜水的迁移,盐分的迁移现象是温度梯度、浓度梯度共同作用的结果。 由于实际工程中渠道、堤坝、支撑结构物等工程的土体填料,受条件限制有时采用碳酸盐渍土,这种具有一定击实度的土体较易引起工程冻胀破坏,本文结合水分迁移模拟试验的研究结果及对冻结过程中不同冻结温度、不同击实度土样的微观结构的分析结果,对吉林省西部地区碳酸盐渍土的冻胀影响因素进行分析,并对研究区土样进行击实条件下的室内冻胀试验,研究了大安市和镇赉县三支沟地区碳酸盐渍土在不同含盐量、不同含水率、不同击实度、不同温度下的冻胀特性。在以上试验数据的基础上,利用灰色关联度法和粗糙集理论对土体粉粒含量、粘粒含量、比表面积、阳离子交换容量、含盐量、含水率、击实度、温度8个影响因素与冻胀率之间的关系进行研究,探讨了各因素对碳酸盐渍土冻胀特性的影响程度大小,并结合两种方法确定了对该区土体冻胀性影响较大的5个因素:温度、含水率、击实度、含盐量、粘粒含量。最后,采用冻胀率和已确定的对冻胀性最具影响意义的5个因素:温度、含水率、击实度、含盐量、粘粒含量,建立了BP神经网络冻胀模型,并通过试验值和模型计算值的对比对模型进行验证,结果表明建立的模型能较好的描述和预测碳酸盐渍土冻胀特性,是研究碳酸盐渍土冻胀特性的比较可行的方法。


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