岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (3): 952-960.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0617

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

盐分对土的冻结温度及未冻水含量的影响研究

孟祥传1,周家作2,韦昌富1, 2,张坤3,沈正艳4,杨周洁1   

  1. 1. 桂林理工大学 土木与建筑工程学院,广西 桂林 541004;2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点试验室,湖北 武汉 430071;3. 甘肃省交通科学研究院集团有限公司 甘肃省桥梁隧道健康监测与安全评估技术重点实验室,甘肃 兰州 730030; 4. 中国矿业大学 力学与建筑工程学院,北京 100083
  • 收稿日期:2019-04-01 修回日期:2019-07-29 出版日期:2020-03-11 发布日期:2020-05-26
  • 通讯作者: 周家作,男,1987年生,博士,助理研究员,主要从事冻土和含天然气水合物土方面的研究。E-mail: jzzhou@whrsm.ac.cn E-mail:xcmeng1994@163.com
  • 作者简介:孟祥传,男,1994年生,硕士研究生,主要从事冻土力学方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No.41572293,No.41602312)

Effects of salinity on soil freezing temperature and unfrozen water content

MENG Xiang-chuan1, ZHOU Jia-zuo2, WEI Chang-fu1, 2, ZHANG Kun3, SHEN Zheng-yan4, YANG Zhou-jie1   

  1. 1. College of Civil and Architecture Engineering, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 3. Key Laboratory of Bridge and Tunnel Health Monitoring and Safety Assessment Technology of Gansu Province, Gansu Provincial Transportation Research Institute Group Co., Ltd., Lanzhou, Gansu 730030, China; 4. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China
  • Received:2019-04-01 Revised:2019-07-29 Online:2020-03-11 Published:2020-05-26
  • Supported by:
    This work was supported by the National Science Foundation of China(41572293, 41602312).

摘要: 利用测温法和核磁共振法测量了不同浓度典型盐溶液(NaCl、Na2CO3)饱和重塑粉土的冻结温度及冻结特征曲线,并与不同浓度的NaCl、Na2CO3纯溶液作对比分析,研究初始含盐量对冻结温度及未冻水含量的影响。结果表明:土样冻结温度随初始含盐量的增加而逐渐降低;相同浓度NaCl溶液饱和土样的冻结温度低于相应纯溶液的冻结温度,但相同浓度 (<0.6 mol/L)Na2CO3溶液饱和土样的冻结温度却比纯溶液的冻结温度高;同一负温下,土样中未冻水含量随NaCl初始含盐量的增加而增多,但随Na2CO3初始含盐量的变化不明显。通过机制分析,表明盐类型和含盐量对土水势具有不同的影响。基于改进的广义Clapeyron方程,将含盐分土冻结温度表达式引入未冻水含量预测模型,得到了能够考虑不同含盐量影响的土体未冻水含量的定量表达,并与实测数据进行对比,验证了该模型能够较为合理的预测不同温度下含盐土体的未冻水含量。

关键词: 冻结温度, 未冻水含量, 盐溶液浓度, 核磁共振, Clapeyron方程

Abstract: The freezing point and freezing characteristic curves of saturated remolded silt with solution (NaCl, Na2CO3) were measured by thermocouple and nuclear magnetic resonance method. Upon comparing the NaCl and Na2CO3 solutions, the effects of initial salt content on freezing temperature and unfrozen water content were studied. The results show that the freezing temperature of soils decreases with the increase of initial salt content; the freezing temperature of saturated soils with NaCl solution is lower than that of the corresponding pure solution with the same concentration. But the freezing temperature of saturated soils with Na2CO3 solution (<0.6 mol/L) is higher than that of the pure solution. At the same temperature, the content of unfrozen water in soils increases with the initial salt content of NaCl, but does not change obviously with the initial salt content of Na2CO3. The mechanism analysis shows that the salt type and salt content have different effects on soil water potential. Based on the improved generalized Clapeyron equation, the freezing temperature of salt-bearing soil was introduced into the prediction model of unfrozen water content. The quantitative expression of unfrozen water content of soil was obtained, and compared with the measured data with considering the effect of salt content. It is verified that the model can reasonably predict the unfrozen water content of saline soils at different temperatures.

Key words: freezing temperature, unfrozen water content, salt solution concentration, nuclear magnetic resonance(NMR), Clapeyron equation

中图分类号: 

  • TU 445
[1] 孔令明, 梁珂, 彭丽云. 比表面积对土冻结特征曲线影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1883-1893.
[2] 滕继东, 钟宇, 杜晓宇, 于洪国, 张升, . 考虑吸附与毛细作用的饱和冻土SFCC模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2573-2582.
[3] 胡田飞, 王天亮, 常键, 刘建勇, 卢玉婷, . 基于有限体积法的冻土水热耦合程序开发及验证[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1781-1789.
[4] 杨赫, 程卫民, 刘震, 王文玉, 赵大伟, 王文迪. 注水煤体有效渗流通道结构分形特征 核磁共振试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1279-1286.
[5] 马东东, 陈庆, 周辉, 滕起, 李科, 胡大伟, . 砂砾岩液态CO2破裂机制试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(12): 3996-4004.
[6] 金爱兵, 王树亮, 魏余栋, 孙浩, 韦立昌, . 不同冷却条件对高温砂岩物理力学性质的影响[J]. 岩土力学, 2020, 41(11): 3531-3539.
[7] 李杰林, 朱龙胤, 周科平, 刘汉文, 曹善鹏, . 冻融作用下砂岩孔隙结构损伤特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3524-3532.
[8] 王士权, 魏明俐, 何星星, 张亭亭, 薛 强, . 基于核磁共振技术的淤泥固化水分转化机制研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1778-1786.
[9] 靳 潇, 杨 文, 孟宪红, 雷乐乐, . 基于双电层模型冻土中未冻水含量理论推演及应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1449-1456.
[10] 任克彬, 王 博, 李新明, 尹 松, . 毛细水干湿循环作用下土遗址的强度特性 与孔隙分布特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 962-970.
[11] 江强强, 刘路路, 焦玉勇, 王 浩, . 干湿循环下滑带土强度特性与微观结构试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1005-1012.
[12] 谢凯楠, 姜德义, 孙中光, 宋中强, 王静怡, 杨 涛, 蒋 翔, . 基于低场核磁共振的干湿循环对泥质砂岩 微观结构劣化特性的影响[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 653-659.
[13] 吕擎峰, 周 刚, 王生新, 霍振升, 马 博, . 固化盐渍土核磁共振微观特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 245-249.
[14] 冯上鑫,柴军瑞,许增光,覃 源,陈 玺. 基于核磁共振技术研究渗流作用下土石混体细观结构的变化[J]. , 2018, 39(8): 2886-2894.
[15] 周意超,陈从新,刘秀敏,段淑倩,张海娜,夏开宗,. 石膏矿岩水致老化效应试验[J]. , 2018, 39(6): 2124-2130.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 谭贤君,陈卫忠,杨建平,杨春和. 盐岩储气库温度-渗流-应力-损伤耦合模型研究[J]. , 2009, 30(12): 3633 -3641 .
[2] 魏 星,王 刚,余志灵. 交通荷载下软土地基长期沉降的有限元法[J]. , 2010, 31(6): 2011 -2015 .
[3] 蒋臻蔚,彭建兵,王启耀. 西安市地铁3号线不良地质问题及对策研究[J]. , 2010, 31(S2): 317 -321 .
[4] 李兴高,刘维宁. 挡土结构上水-土压力分算的进一步探讨[J]. , 2009, 30(2): 419 -424 .
[5] 付玉华,王兴明,袁海平. 构造应力场边界载荷反演的有限元逆逼近法[J]. , 2009, 30(6): 1850 -1855 .
[6] 孙长帅,杨海巍,徐光黎. 岩石锚杆基础抗拔承载力计算方法探究[J]. , 2009, 30(S1): 75 -78 .
[7] 杨迎晓,龚晓南,范 川,金兴平,陈 华. 钱塘江冲海积非饱和粉土剪胀性三轴试验研究[J]. , 2011, 32(S1): 38 -42 .
[8] 蔡 枫,郑永来. 土钉墙数值模拟在干船坞坞墙中应用探讨[J]. , 2009, 30(S2): 560 -564 .
[9] 费 康 ,王军军 ,陈 毅. 桩承式路堤土拱效应的试验和数值研究[J]. , 2011, 32(7): 1975 -1983 .
[10] 姚精明 ,闫永业 ,刘茜倩 ,姚俊伟 ,窦林名. 基于能量理论的煤岩体破坏电磁辐射规律研究[J]. , 2012, 33(1): 233 -237 .