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原文传递基于相平衡理论与智能化方法的盐渍土路用工程性质研究

论文题名：	基于相平衡理论与智能化方法的盐渍土路用工程性质研究
关键词：	平衡理论;智能化;盐渍土路基;盐胀;体积变化;变化规律;非盐渍土;相平衡;氯化钠;未冻水含量;相变规律;线性关系;神经网络模型;温度;相态;路基翻浆;含水量;工程性质;盐渍土地区;试验
摘要：	研究盐渍土地区的道路修筑技术、改造和提高盐渍土地区道路功能、防止和减少盐渍土地区公路病害的发生，有较高的社会经济价值。考虑到盐渍土的工程性质随水文、气候条件变化而变化的特点与盐渍土中各相相态的变化有密切的关系，本文在前人研究的基础上，以道路工程学科为出发点，吸收冻土物理学、物理化学与神经网络的相关研究成果，并通过室内试验与机理分析，研究了盐渍土中氯化钠与硫酸钠的相交规律、盐渍土各相相态变化规律、盐渍土的含液量变化规律、盐渍土路基的盐胀机理以及盐胀神经网络模型的建立。本文主要进行了以下研究工作： (1)在只考虑NaCl与Na2SO4两种易溶盐，而忽略其它在盐渍土中含量与溶解度均较小的盐类，并假定NaCl与Na2SO4不与土颗粒发生化学反应的基础上，盐渍土的相变规律实质上是 NaCl-Na2SO4-H2O三元水盐体系的相变规律，并服从相平衡理论。NaCl-Na2SO4-H2O三元水盐体系相图存在突变的特点，表明盐渍土在某些温度条件下其物理力学性质会发生急剧变化，这表明以连续性原理为基础的盐渍土试验存在缺陷。同时，水盐体系相平衡的时间特性表明盐渍土试验在温度变化的控制上应当具有统一、客观的控制标准。 (2)本文提出了盐渍土相坐标的概念，它由盐渍土含水量、NaCl含量、Na2SO4含量及强结合水含量确定，它是盐渍土相变规律的内因，并与外因——温度一起决定了盐渍土各相含量的变化规律。本文分析了盐渍土各相相态的变化规律，并严密地推导了各相相坐标的计算公式。本文还分析了现行路基设计规范盐渍土定义的缺陷，并提出了以相平衡理论为基础的盐渍土定义：盐渍土与非盐渍土的临界点随着路基多年最低含水量的平均值以及路基多年最低温度的平均值的增加而增加，并给出了判别盐渍土与非盐渍土的诺谟图。 (3)盐渍土含液量与盐渍土的各相参数密切相关，其主要影响因素有：温度、含水量、含盐量(本文仅指氯化钠、硫酸钠)和强结合水含量。但含液量与盐渍土各相参数的关系不是简单的线性关系，而是在不同的相区转换时常常会有突变现象的非线性关系。盐渍土未冻水含量在0℃以下时与温度的绝对值成近似的负指数关系、与盐渍土盐溶液浓度成正比关系，与盐渍土总含水量成正比关系。因此，随着含盐量的增加，盐渍土中未冻水含量也会增加，使更多的下层水分能够迁移上来，且由于冰点的降低，其聚冰层位置也较非盐渍土路基中的聚冰层位置高，这使得盐渍土路基翻浆比非盐渍土路基翻浆严重。 (4)盐渍土的盐胀是盐渍土中各相相态体积改变的结果，但各相相态的体积变化值与盐渍土的盐胀值是非线性关系，盐胀值远远大于盐渍土各相相态体积变化值。盐渍土在降温过程中，硫酸钠结晶膨胀的体积变化对盐渍土盐胀的影响最大，但其它各相的体积变化同样会影响到盐渍土的最终盐胀量。添加氯化钠可抑制芒硝的析出，使膨胀量减少，但当氯硫比 (CL-/SO4)超过某一界限后，随着氯化钠的继续增加，盐渍土盐胀反而可能会增大。特别是当温度低于0℃时，一旦盐渍土相坐标位于存在冰盐的相区，氯化钠会水合生成冰盐，从而加剧盐渍土盐胀。同时，本文在盐渍土各相体积变化规律分析的基础上，建立了盐渍土盐胀的神经网络模型，它能较好地反映盐渍土各相体积变化值与盐胀量的非线性关系，并验证了盐渍土其它各相的体积变化同样会影响到盐渍土的最终盐胀量。通过以上研究，本文初步建立了以相平衡理论为核心的盐渍土路用工程性质分析方法，该方法对盐渍土工程性质的理论分析、试验研究以及工程实践提供了新的研究思路与方法，具体体现在： (1)分析了传统的盐渍土试验存在的缺陷； (2)分析了现行盐渍土定义的不足，并以相平衡理论为基础，结合水文、气候条件的变化给出了判别盐渍土的诺谟图； (3)分析了盐渍土盐溶液含量的变化规律，并从盐渍土含液量变化规律出发，分析了盐渍土路基较非盐渍土路基翻浆严重的机理； (4)分析了盐渍土各固相含量及其体积的相变规律，并在此基础上分析盐渍土路基的盐胀机理，以及采用添加氯化钠来抑止硫酸盐盐渍土的盐胀机理；关键词：道路工程，盐渍土，路基，相平衡，冻土物理学，神经网络，含液量，翻浆，盐胀
作者：	颜强
专业：	道路与铁道工程
导师：	黄彭
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输工程学院
学位年度：	2004
正文语种：	中文