凍融條件下河道淤泥氣泡混合土性質(zhì)研究進(jìn)展

嚴(yán)曉偉

（蘇州科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 蘇州215011）

1 研究背景

目前，我國(guó)的國(guó)土面積大，河道分布比較廣，導(dǎo)致國(guó)家花費(fèi)許多代價(jià)來(lái)治理河道。其中河道清淤成為了一項(xiàng)必不可少的措施，然而處理的淤泥大多廢置，無(wú)法得到充分利用，因此才有很多學(xué)者對(duì)淤泥進(jìn)行一系列的試驗(yàn)研究。

河道淤泥具有高含水量、高壓縮性、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，一般情況下在實(shí)際工程中很難直接使用，通過(guò)向淤泥中添加水泥、石灰等固化材料，來(lái)改善淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)，如顧歡達(dá)等[1]對(duì)淤泥的再生資源化利用進(jìn)行了探討，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)流動(dòng)化處理后的河道淤泥具有一定的強(qiáng)度和韌性；三島嶋 雄，豐?？√2-3]等研究氣泡混合土的物理力學(xué)性質(zhì)，并分析其工程應(yīng)用前景且具有流動(dòng)特性的氣泡混合土特別適合地下或狹小趨于的回灌處理；由于氣泡混合土密度小，質(zhì)量輕也可用作軟基處理或減小地基不均勻沉降。隨著國(guó)內(nèi)外研究的進(jìn)步，河道淤泥氣泡混合土（FMLSS）因其具有高流動(dòng)性、輕質(zhì)性、強(qiáng)度可調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，逐漸成為研究熱點(diǎn)。很多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)河道淤泥氣泡混合土的物理力學(xué)性質(zhì)與水泥摻入量、氣泡含量、含水量以及養(yǎng)護(hù)周期有著密不可分的關(guān)系。

2 凍融研究進(jìn)展

根據(jù)我國(guó)的地理分布特點(diǎn)，許多地方存在季節(jié)性凍土土的情況，這些地區(qū)路面會(huì)隨著氣溫的變化產(chǎn)生反復(fù)的凍結(jié)和融化，土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也隨之改變，并且由此導(dǎo)致土的物理力學(xué)性質(zhì)的改變，影響建筑物的安全性和耐久性。關(guān)于凍融對(duì)土性質(zhì)影響的研究有很多，例如Chamberlain E J[4]等探討凍融對(duì)土的滲透性和結(jié)構(gòu)的影響以及微觀機(jī)理研究；Majdi A. Othman[5]等研究?jī)鋈跅l件對(duì)黏土水力傳導(dǎo)率的影響。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)向西部的發(fā)展，在區(qū)建設(shè)中不可避免的遇到這些問(wèn)題，例如房屋基礎(chǔ)的凍脹和融沉、公路路基的融沉、交通隧道的凍裂。凍融對(duì)土工程性質(zhì)的影響大致可以從凍融對(duì)土物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)影響兩方面來(lái)分析，盡管他們是相互聯(lián)系的，以下是對(duì)這兩方面的研究現(xiàn)狀的論述分析。

3 凍融條件對(duì)物理性質(zhì)影響

河道淤泥氣泡混合土主要是由淤泥、水、固化劑和氣泡在一定的比例下混合攪拌而成，要將其運(yùn)用于實(shí)際工程中，必須要對(duì)凍融條件下氣泡混合土的物理力學(xué)性質(zhì)有充分的了解。

周云東等[6]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土體積、密度和氣孔結(jié)構(gòu)等物理特性的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明密度的變化與氣泡混合輕質(zhì)土的初始含水量密切相關(guān)，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，含水量和密度最終趨向于一個(gè)穩(wěn)定值，而氣泡混合輕質(zhì)土的體積變化率不超過(guò)1.5%。Konrad J M[7]等發(fā)現(xiàn)凍融條件下土體的固結(jié)程度會(huì)導(dǎo)致空隙率的增加或者減少。當(dāng)在補(bǔ)水的條件下進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)反復(fù)的凍融循環(huán)作用會(huì)使土樣的含水量增加，從底部到頂部含水量逐漸遞增；黃土樣在凍融循環(huán)初期凍脹變形比較大，之后變形趨于穩(wěn)定，后期土樣出現(xiàn)較小的沉降變形；凍融使得黃土樣的干密度逐漸減小，且凍融循環(huán)劇烈的上部干密度較下部較小。梁波等[8]在凍融試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)由于水分向凍結(jié)峰面遷移，從初始階段的含水率平均分布，發(fā)展到土樣下部含水量減小，而上部含水率增大。

4 凍融條件對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響

劉寅[9]考慮了不同初始含水率、不同冷端溫度以及不同循環(huán)次數(shù)三個(gè)影響因素，基于靜三軸試驗(yàn)研究土樣的凍融特性及凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)黃土力學(xué)性質(zhì)的影響，凍融循環(huán)試驗(yàn)揭示了黃土強(qiáng)度參數(shù)的變化，粘聚力在經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的凍融循環(huán)之后降到最低值并趨于穩(wěn)定，內(nèi)摩擦角總趨勢(shì)上略有增大，規(guī)律不明顯。對(duì)比凍融作用下對(duì)不同含水量、不同干密度和不同水泥含量土樣的抗剪強(qiáng)度，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)凍融后的土樣粘聚力變大而內(nèi)摩擦角無(wú)明顯變化，含水量和水泥含量對(duì)凍融前后的土樣的抗剪強(qiáng)度均有影響。孫勇等[10]選取一定深度天然鹽漬土，控制其在一定密度和一定含水率狀態(tài)下進(jìn)行多次凍融循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：在多次凍融循環(huán)之后，其粘聚力呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢(shì)，而內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)不斷增大的趨勢(shì)。

5 結(jié)論

通過(guò)已有的試驗(yàn)分析，凍融循環(huán)下土體的物理力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生一定的改變，影響因素包括密度、含水率、強(qiáng)度指標(biāo)、壓縮系數(shù)等。由于河道淤泥氣泡混合土是由淤泥、水、固化劑、氣泡劑等攪拌而成，其配比的不同會(huì)直接對(duì)氣泡混合土本身性質(zhì)產(chǎn)生影響，另外土質(zhì)、凍結(jié)溫度、凍結(jié)時(shí)間以及外荷載等一些因素會(huì)對(duì)凍融循環(huán)下土的物理力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生不同的影響。研究?jī)鋈谘h(huán)下河道淤泥氣泡混合土的物理力學(xué)性質(zhì)不僅需要考慮凍融前后指標(biāo)的變化情況，還需考慮一些外在影響因素。

綜上分析，國(guó)內(nèi)外對(duì)凍融作用進(jìn)行了廣泛的研究，但是由于土質(zhì)差異、試驗(yàn)方法不同、試驗(yàn)儀器條件不同等因素，基于凍融作用對(duì)于土的物理力學(xué)性質(zhì)影響研究并沒(méi)有較為統(tǒng)一的系統(tǒng)性的結(jié)論。