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分散性土是一种特殊土,在世界范围内研究起步相对较晚。分散性土抵抗冲蚀的能力很低,在与水相遇时会产生崩解分散,在实际工程中引发许多问题。为减弱盐渍化程度,吉林西部实施了诸多引水工程项目。然而,在这些工程建设的过程中,受多次降雨和冲蚀作用的影响,渠道边坡表面出现了大规模的冲沟和坍塌现象,该地区土体表现出显著的分散性。当前多数研究主要考虑土的物质组成及理化性质对其分散性的影响,而考虑土的结构特征以及外界环境影响的研究相对较少。吉林西部属于季节冻土区,该地区土体长期经历冻融循环作用。此外,该地区四季分明,春季和秋季较为干燥,夏季多雨炎热,年均蒸发量远超年均降雨量,蒸发作用强烈。因此,土中盐分含量会随季节及气温变化发生改变。在冻融循环和盐分的共同作用下,土的物质组成及结构特征必然会发生变化,导致该地区土体的分散性特征及分散机理更为复杂。因此,对吉林西部盐渍土的分散性特征及分散机理进行深入研究对该地区工程建设的顺利进行具有理论指导作用,具有重要的实际意义。通过多次现场调查及前期研究发现,吉林西部乾安地区盐渍土具有显著的分散性。因此,本文选择乾安盐渍土为研究对象,通过室内试验研究冻融循环和含盐量对土体的分散性特征、理化性质、微观结构特征、力学性质和渗透特性的影响。此外,基于粗糙集理论确定了影响乾安土体分散性的主要因素,并建立了评价乾安土体分散性的人工神经网络模型。结合试验结果对乾安盐渍土的分散机理进行了综合分析。主要研究内容及成果如下:(1)通过野外调查取样及室内试验研究了乾安地区盐渍土的物质组成及物理化学性质,并通过分散性鉴定试验、经验公式法和分散图对其分散性进行了判定。得到了乾安盐渍土中的主要阳离子为Na+,阴离子为HCO3-,属于碳酸盐渍土,且土体呈弱碱性。土的粒度成分以粉粒为主,原生矿物含量较高,粘土矿物主要由伊蒙混层和伊利石组成。不同分散性鉴定方法结果均表明试验土样属于分散性土,具有明显的分散性。(2)通过针孔、碎块、双比重计试验对冻融循环后不同盐分含量盐渍土的分散性进行了综合判定,并对综合鉴定结果进行定量表征,得到了冻融次数和含盐量变化对乾安土体分散性特征的影响。发现冻融作用和盐分含量变化共同影响土体的分散性,土的分散性随冻融次数的增多整体上呈增大趋势,而当含盐量超过一定界限时会对土的分散性产生一定的抑制作用。随冻融次数的增大,抑制分散性的含盐量界限值会发生一定改变。即含盐量超过一定界限时,冻融次数对分散性的促进作用和盐分含量增加对分散性的抑制作用共同影响土体的分散性。(3)通过对冻融循环后不同盐分含量盐渍土进行崩解试验,得到了其在水中的崩解特性,并分析了其在水中的稳定性、崩解形态及崩解速率随冻融次数和盐分含量的变化规律。土的崩解时间随冻融次数增加逐渐缩短,而随含盐量的增加变化不是单调的。当含盐量超过一定界限时,崩解时间有逐渐缩短的趋势,该含盐量界限点大约在1.2%附近。此外,含盐量的变化对崩解时间的影响随冻融次数增多逐渐减弱。产生上述变化的原因是盐分含量的变化影响了土颗粒周围结合水膜的厚度,且冻融循环作用导致土的结构发生了相应的变化。(4)通过对冻融循环后不同盐分含量盐渍土的理化性质进行测试,得到了其理化性质随含盐量和冻融次数的变化规律。冻融作用主要改变土的物理性质,随冻融次数增加,土中砂粒含量显著降低,粉粒含量增多。而阳离子交换容量、交换性钠离子百分比以及p H值的变化相对较小,没有明显规律。含盐量变化会使土中的粒度成分发生改变,当含盐量大于1.2%时,随着含盐量的增大,颗粒间结合水膜变薄,对粘粒的团聚作用增强,导致土中粘粒含量有所降低。此外,土的塑性指数随冻融次数和含盐量的变化规律与粘粒含量的变化规律表现出相似的趋势。(5)通过压汞试验(MIP)和扫描电子显微镜试验(SEM)对冻融循环后盐渍土的微观结构展开定性和定量的研究,并采用热力学分形模型分析了冻融后土中孔隙分布的分形特征,讨论了冻融循环次数和含盐量对乾安盐渍土微观结构特征的影响。土的微观结构和孔隙分布特征会随冻融次数和盐分含量变化而发生相应改变,且冻融次数的影响相对较大。冻融作用主要使土中的中、小孔隙向大孔隙转变,且随着冻融次数增多,土中大孔隙和裂隙含量增多,颗粒破碎程度增大,土的微观结构类型逐渐由絮凝状向团聚状结构转变,最终转变为疏松团聚状结构。而冻融次数和盐分含量变化对土颗粒及孔隙的形状和方向性影响相对较小。(6)通过直接剪切试验、无侧限抗压强度试验以及变水头渗透试验研究了冻融循环后不同盐分含量盐渍土的力学性质及渗透特性,并分析了上述性质与其分散性之间的相关性。结果表明乾安土体的分散性与其渗透系数整体表现出一定的正相关关系,与内摩擦角之间没有明显相关性,与内聚力和无侧限抗压强度间整体表现出一定的负相关关系。然而整体上拟合得到的相关系数较小,相关性较差。(7)根据上述试验得到的冻融循环后不同盐分含量盐渍土的物质组成、理化性质及微观结构参数,通过粗糙集理论进行分析,确定了影响乾安土体分散性的主要因素,并计算了各因素的权重值量化其对分散性的影响程度,结合分析结果及试验数据对乾安土体的分散机理进行了综合讨论。得到了影响乾安盐渍土分散性的主要因素包括交换性钠离子百分比、塑性指数、p H值、孔隙热力学分形维数以及孔隙率。其中,物质组成和理化性质是影响乾安盐渍土分散性的较为主要的因素。此外,冻融循环作用是该地区土体产生分散的一个重要外因,冻融循环作用引起的孔隙结构特征变化,在一定程度上影响了土体的分散性。(8)以粗糙集理论得到的五个参数作为输入变量,构建了用于评价乾安土体分散性的BP神经网络模型、以及基于主成分分析的BP神经网络模型,并采用不同评价指标对两种模型的评价效果进行了对比及分析。得到本文构建的两种模型均可以满足对乾安土体分散性的评价,且后者的精度较高。采用本文构建的模型可以综合土的理化性质及微观结构参数来评价其分散性,为吉林西部地区乾安土体分散性评价提供了一种新方法。