压实黄土单向冻融特性研究

摘 要：黄土是第四世纪堆积的以粉土颗粒为主、富含碳酸盐、具有大孔隙、黄色的土状堆积物。由于黄土分分布范围广，因此成为工程建设的主要承载土体。然而绝大部分位于季节性冻土区。所以，针对季冻区土的冻融造成的危害，深入了解黄土非充分补水条件下的冻胀率，融沉特性有很大的研究意义，对季冻区工程建设非常重要，在以往的研究基础上，分析了季冻区冻融特性。

关键词：冻融；冻胀率；融沉特性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.211

0 引言

我国黄土主要分布在主要是山西、陕西、宁夏、甘肃东南部和河南西部，而这些地区广泛存在着季节性冻土区，温度在0℃或0℃以下含有冰的各种岩石和土壤称为冻土，我国的西北高山东北北部存在着大片多年冻土，季节冻土区主要分布在秦岭-淮河线以北，贺兰山沿线地区。季冻区受温度影响较大，冬季在地表层冻结，夏季融化，冻土的力学性质比融土的力学性质复杂得多，温度，含水率，土的密度以及土的类型影响着冻土的力学性质[1]，这对季冻区工程的建设加大了难度，再加上近年来事故的发生，给人们造成了巨大的威胁，国家倡导西部大开发建设。因此，研究压实黄土的冻融特性，对工程的冻害防治具有重要意义。

1 研究进展

1.1 黄土的组成

黄土是指在地质时代中的第四纪期间，以风力搬运的黄色粉土沉积物。它是原生的、成厚层连续分布，黄土状土又叫次生黄土，是原生黄土地层再受风力以外的营力搬运，主要是洪积、坡积、冲积成因，堆积在洪积扇前沿，低阶地与冲积平原上，有层理，很少夹古土壤，垂直节理不发育，不易形成陡壁。我国黄土的弧线分布除了受山脉地形控制外，与我国气候的带状分布有关。黄土中有矿物的存在，使黄土具有吸附、膨胀、收缩等特性，影响到黄土的工程性质。碳酸盐类矿物往往起胶结作用，使黄土在天然结构情况下，颗粒经常呈团聚体存在。遇水后，由于可溶盐胶结的团聚体被破坏，往往使黄土的湿陷性增强。故有人认为，黄土中碳酸盐类的存在是黄土湿陷的原因之一。

黄土中垂直节理的产生，一方面由于在重力作用下黄土内部在铅直方向上受张应力的作用，另一方面黄土中又有着众多的铅直孔隙，削弱了水平方向的合力，因而沿铅直方向易产生裂隙。在黄土区的边坡部位，经常沿节理面发生崩塌，形成峭壁，有时至产生大规模的滑坡。

1.2 黄土的性质

影响黄土性能的因素很多，也很复杂，但是对黄土压实起控制性影响的因素概括来说主要有内部因素和外部因素。、许建[2]等采用电子显微镜技术、压汞法来研究黄土的微观结构特征、孔隙结构特征及其对黄土工程性质的影响，取得了重大进展。张英[3]使用相似的方法发现小孔隙受冻融的作用较小，小孔隙的直径冻融后基本保持不变。大孔隙受冻融的作用较大，大孔隙的直径冻融后变大。这是由于土中孔隙水在土颗粒表面附着，温度低于0℃时，经历一个冻结期，到达临界值时，土开始冻结，土中水体积变大从而土体膨胀。国内外大量的研究结果表明，季冻区建设工程的病害主要原因是反复的冻胀，融沉。冻土的性质比融土的性质复杂的多，冻土是四相体系，在冻结过程中未冻区的水分向冻结区聚集，并伴有膨胀现象，当土融化时，孔隙水排出使土体下沉，造成建筑物地基不均匀沉降从而引起破坏。经过多次冻融循环后，密实的土孔隙比增大，强度减小[4]，潘鹏等[5]对压实黄土分别采用补水和非补水条件，发现有外界补水时，初始干密度与冻融循环次数存在关联，另有研究发现，初始干密度大的经过冻融后干密度变小，而初始干密度晓得相反，经过多次凍融循环后趋于稳定值。周泓等[6]研究了冻融对土体物理性质的作用，发现土样的孔隙比随冻融次数增加表现为先增大后趋于稳定的态势。

2 研究展望

到目前为止，我国关于冻融作用对土的影响研究已经进行的比较深入，归结起来可以看到，目前冻融作用对不同土质、各种混合土都有研究，研究早期主要集中针对水分、成冰作用和土体冻胀的机理等方面，并且致力于建立冻胀-融沉模型的研究，理论上取得了不错的成果，但与实际工程结合的程度有限。后来逐渐开始对冻融作用下的各种土的物理性质开始研究，得到的结论大致相同，如今这方面的研究比较充分，但是由于土质、试验方法等方面的不同，得到的结论难免有出入。目前，对于冻胀的研究较为深入，对融沉的研究多停留在经验方法上。

冻融作用对土力学性质的影响，尤其是强度、模量等方面的研究还不是很充分，而且分歧比较大。冻融对土工程性质的影响研究不多，而且已有的研究基本上都是一次或者几次的冻融。由于多次冻融循环涉及的历时久，试验量大，目前多数研究只涉及一种或者两种冻结方式下的几个冻融循环，研究并不全面。至今针对黄土的长期冻融循环的物理力学性质方面研究还很有限，有待进一步去探索，由于试验试样的类型、试样的初始条件、冻融条件及循环次数等方面的不同，导致许多研究者的结论经常得出不一致的结论。另外冻土试样很难采集，有很多难以控制的因素，对于该问题需进一步研究，对季冻区工程建设具有重大意义。

参考文献：

[1]齐吉琳，马巍.冻土的力学性质及研究现状[J].岩土力学，2010， 31（01）：133-143.

[2]许健，王掌权，任建威等.原装黄土与重塑黄土冻融过程渗透特性对比试验研究[J].工程地质学报，2017，25（02）：292-299.

[3]张英，邴慧.基于压汞法的冻融循环对土体孔隙特征影响的试验研究[J].冰川冻土，2015，37（01）：169-174.

[4]严晗，王天亮，刘建坤.粉砂土反复冻胀融沉特性试验研究[J].岩土力学，2013，34（11）：3159-3165.

[5]潘鹏，李剑，郝佳兴等.宁夏饱和黄土的冻胀融沉特性[J].科学技术与工程，2016，16（18）：230-233.

[6]周泓，张泽，秦琦等.冻融循环作用下黄土基本物理性质变异性研究[J].冰川冻土，2015，37（01）：162-168.

作者简介：闫垒（1995-），男，河南新乡人，硕士在读，研究方向：地基基础。