粉質(zhì)黏土水泥土凍脹融沉特性研究

李思齊， 楊 平， 張 婷， 鮑俊安

（1.南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇南京210037；2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司銅陵供電公司，安徽銅陵244000）

0 引言

近年來，采用人工凍結(jié)法進(jìn)行止水和加固廣泛應(yīng)用于工程實際，其施工對周圍環(huán)境的影響也日益凸顯［1］。在施工過程中，土體凍結(jié)后融化，使凍結(jié)區(qū)產(chǎn)生凍脹融沉現(xiàn)象，如不及時控制，會引發(fā)地面隆起變形和地下土體結(jié)構(gòu)破壞等現(xiàn)象，影響正常的施工進(jìn)度，甚至造成工程事故［2-3］。凍脹現(xiàn)象的產(chǎn)生主要原因是水分的遷移［4-5］，因此在地下水豐富地區(qū)采用人工凍結(jié)法進(jìn)行土體加固時凍脹現(xiàn)象尤為明顯。而融沉作用機(jī)理較為復(fù)雜，一般分為“標(biāo)準(zhǔn)融化沉降”（包括融化引起的土體自身沉降和恒壓沉降）和“可變壓縮沉降”（上覆壓力增加引起的沉降）兩個階段［6］。目前用于抑制凍脹融沉的方法較為被動，通常在凍脹融沉發(fā)生后通過改變土層特性來減小凍脹融沉量，如通過鉆孔卸壓減少凍脹量、在自然解凍過程中跟蹤注漿減少融沉量。這些方法有較大的滯后性，且施工工藝復(fù)雜，很難從根本上解決土體凍脹融沉問題［7-9］。

凍融變化程度受土體組分和外部因素共同作用。于琳琳［10］針對溫度場、溫度梯度、凍結(jié)鋒面、含水率及干密度等因素對重塑土和原狀粉質(zhì)黏土進(jìn)行凍脹試驗，并驗證了土中水分遷移現(xiàn)象。除此之外，擊實度對土體凍脹影響也較為明顯，含鹽量較低時，凍脹與擊實度成正比；含鹽量較高時，凍脹與擊實度成反比［11］。現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗結(jié)合研究表明，冰含量、凍結(jié)速率和冷端溫度也是影響凍脹壓力的重要因素［12-13］。而凍土融沉的影響因素主要為含冰量和干密度，含冰量大則凍土融化后的沉降量大，干容重較大的凍土，融沉系數(shù)較?。?4］。

水泥土常被用于地層加固止水，改變土體微觀結(jié)構(gòu)可以有效降低土體滲透系數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)其在抑制土體凍脹融沉方面效果顯著。Sabry等［15-16］較早對摻入水泥后土體的凍融循環(huán)特性和長期耐久性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)改善材料的性質(zhì)，可滿足不同程度的耐久性要求。之后對水泥土凍融特性的研究逐漸興起，通過對不同土體摻入水泥后的特性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，水泥土凍結(jié)引起的最大地表隆起量和總體地表隆起量均減小，且水泥摻入量對土體凍脹融沉的抑制是有限度的，不同土體水泥摻入比存在適宜 范 圍［17-19］。Hotineanu等［20］、Makki-Szymkiewicz等［21］研究了不同含水率下水泥土凍融后的抗壓強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)含水率的增加使固化土抗壓強(qiáng)度下降。王天亮等［22］、陸永港等［23］通過控制水泥摻量和顆粒級配方法研究碎石基床的凍融特性，發(fā)現(xiàn)摻入水泥穩(wěn)定級配碎石代替普通碎石可以有效彌補(bǔ)粒徑缺失導(dǎo)致的土體強(qiáng)度降低問題，添加EPS顆粒同樣可以防止土體強(qiáng)度降低，減少凍融變形量［24］，但這兩種方法均會增大土體干縮、溫縮變形［25］。進(jìn)一步研究表明在水泥土中添加脫硫石膏、粉煤灰和石灰等外加劑可明顯提高復(fù)合水泥土強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍融耐久性［26-29］。楊國濤等［30］運用數(shù)理統(tǒng)計等手段，綜合考慮細(xì)粒含量、顆粒粒徑及水泥含量對凍脹量的影響規(guī)律，建立凍脹率的計算分析模型，對不同滲水性要求的路基需采用不同水泥摻量和顆粒級配。試驗分析和理論研究顯示，水泥改良地層控制凍脹融沉的基本機(jī)理是，水泥改良作用降低了土的滲透性，阻止了水分遷移量，減少了冰分凝作用，從而減少了凍脹［31］。

由以上可知，在土體中摻入水泥可有效抑制自然或人工凍結(jié)條件下土體凍脹融沉，但水泥摻入比、含水率、齡期、冷端溫度、荷載等因素對水泥土凍脹融沉影響的具體變化規(guī)律尚不清楚。特別是粉質(zhì)黏土的物理力學(xué)特性較差［32-33］，凍脹融沉變形較大，采用水泥土改良來抑制凍脹融沉很有必要。為從理論上揭示粉質(zhì)黏土水泥土凍脹融沉的規(guī)律，本文就這些因素對水泥土凍脹融沉特性影響進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

摻入比（水泥漿與重塑土的質(zhì)量比值）作為單一自變量時，存在合理摻入比λn。即當(dāng)水泥摻入比為λn時，水泥土抑制凍脹融沉的效果較好，滿足實際工程中對凍脹融沉的要求，同時具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。確定合理摻入比后，在后面的試驗中均采用該值，以研究其他因素對水泥土凍脹融沉的影響。水泥標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時間為28天，此時水泥強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的90%，故取28天為試驗基準(zhǔn)齡期。一般把平均溫度達(dá)到-10℃作為凍結(jié)法施工的設(shè)計要求，故取-10℃為試驗基準(zhǔn)冷端溫度。參考固結(jié)試驗方法，在試樣上方預(yù)加1 kPa荷載代替無載試驗，使試樣表面與試驗儀器接觸緊密，消除系統(tǒng)誤差，且不影響凍脹融沉發(fā)展過程，故取1 kPa作為基準(zhǔn)荷載。融沉試驗主要研究水泥摻入比和解凍溫度對融沉的影響。具體試驗規(guī)劃見表1和表2。

表1 水泥土單因素凍脹試驗規(guī)劃Table 1 Single-factor frost heave test plan of the cement-improved soil

表2 水泥土單因素融沉試驗規(guī)劃Table 2 Single-factor thaw settlement test plan of the cement-improved soil

試驗用土為南京地區(qū)粉質(zhì)黏土，含水率為30%，密度為1.93 g·cm-3，干密度為1.48 g·cm-3，液限和塑限分別為32.8%和16.8%，為低液限粉質(zhì)黏土。試驗所用水泥為海螺牌P.O 42.5水泥。

試驗儀器采用南京林業(yè)大學(xué)自制凍脹融沉儀（圖1）進(jìn)行試驗。該儀器由恒溫箱、試樣盒、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、位移數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)和補(bǔ)水系統(tǒng)等組成，能夠在負(fù)溫條件下進(jìn)行凍脹融沉試驗，并自動采集數(shù)據(jù)繪制曲線。

圖1 凍脹融沉儀示意圖Fig.1 Schematic diagram of frost heave and thaw settlement instrument

試樣制作參考《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》［34］和《水泥土配合比設(shè)計規(guī)程》［35］，為了模擬實際工程中水泥土的形成，將土樣和水泥漿單獨制作后再進(jìn)行混合。土樣烘干后按規(guī)劃含水率加水?dāng)嚢?，密封靜置24 h后備用，水泥漿的水灰比為0.5，將水泥漿加入土樣中充分?jǐn)嚢栊纬伤嗤?。采用自制試樣桶進(jìn)行制樣，試樣為?80 mm×50 mm的圓柱體，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24 h后拆模，然后置于保準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至試驗齡期。養(yǎng)護(hù)期間使用塑料薄膜對試樣進(jìn)行密封處理，防止水分蒸發(fā)，試驗開始前對試樣進(jìn)行部分檢算，含水率與規(guī)劃含水率之差不大于±0.1%。

2 結(jié)果與分析

圖2 所示為水泥土和常規(guī)粉質(zhì)黏土凍融過程位移隨時間變化的情況。其中，位移上升段為凍結(jié)階段，位移下降段為融化階段。水泥土與常規(guī)粉質(zhì)黏土凍融變形的走勢大致相同，但水泥土凍融持續(xù)過程時間較長，這是因為水泥導(dǎo)熱系數(shù)較小，摻入水泥后土體導(dǎo)熱系數(shù)減小，熱傳導(dǎo)效率降低，花費時間較長。顯然，水泥土的凍融位移變形明顯減小。

圖2 不同土體凍融過程中位移與時間關(guān)系曲線（齡期為28天，冷端溫度為-10℃，含水率為30%，解凍溫度為30℃）Fig.2 Relationships between displacement and time during freezing-thawing of 10%cement-improved soil and silty clay（Age is 28 days，cold junction temperature is-10℃，moisture content is 30%，and thawing temperature is 30℃）

2.1 水泥摻入比對凍脹率的影響

不同水泥摻入比與粉質(zhì)黏土水泥土凍脹率的關(guān)系如圖3所示。由圖可見，常規(guī)粉質(zhì)黏土凍結(jié)后凍脹率很大，達(dá)到11.56%。隨著水泥摻入比增大，凍脹率持續(xù)減小。當(dāng)水泥摻入比較小時，圖中曲線斜率較大，即凍脹率隨水泥摻量增大減少較快。當(dāng)水泥摻入比達(dá)到10%時，凍脹率為1.56%，僅為常規(guī)粉質(zhì)黏土凍脹率的13.5%，此時曲線的斜率已趨于平緩。水泥摻入比大于10%后，凍脹率隨水泥摻入比增加下降減緩。故本試驗粉質(zhì)黏土的合理摻入比λn取為10%。

圖3 水泥土凍脹率與摻入比關(guān)系曲線（齡期為28天，冷端溫度為-10℃，含水率為30%）Fig.3 Relationship between frost heaving ratio of cementimproved soil and mixing ratio of cement（Age is 28 days，cold junction temperature is-10℃，and moisture content is 30%）

分析可知，水泥和土混合后，水泥水化產(chǎn)物包裹土顆粒，并隨齡期增加而硬化。水化產(chǎn)物與土顆粒膠結(jié)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)土骨架，土體強(qiáng)度提高。同時，水泥水化產(chǎn)物填充土體空隙，進(jìn)一步提高土體強(qiáng)度。凍結(jié)產(chǎn)生的凍脹力不足以完全破壞土體結(jié)構(gòu)，造成凍脹率降低。

在土中摻入水泥可以有效減小土體凍脹，但這種效果并不是無限的，水泥摻量對凍脹的影響效果隨水泥摻量的增大呈下降趨勢。合理摻入比隨土質(zhì)不同而變化，在凍結(jié)法施工中，可采用預(yù)先注漿或攪拌等方式摻入水泥減少凍脹，在達(dá)到合理摻入比時也可滿足經(jīng)濟(jì)性和工程性要求。

2.2 含水率對凍脹率的影響

含水率與粉質(zhì)黏土水泥土凍脹率的關(guān)系見圖4。由圖可知，隨著含水率增大，粉質(zhì)黏土水泥土凍脹率基本呈線性增大。這是因為土體凍脹過程中，水結(jié)冰膨脹產(chǎn)生凍脹力，含水率越大，凍結(jié)過程中冰晶體積越大，凍脹力越強(qiáng)，土體凍脹率也就越大。同時，水泥與土體混合間接增大了水泥的水灰比，土體含水率越大，水泥土強(qiáng)度越低，凍脹力更容易使土體結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生凍脹。由計算可知，擬合曲線的斜率僅為0.08，即隨含水率增大，凍脹率變化很小。該現(xiàn)象可解釋為水泥土試樣經(jīng)過28天養(yǎng)護(hù)后，水泥的水化反應(yīng)完成，形成的水泥土結(jié)構(gòu)具有較高強(qiáng)度，可以完全抵抗凍脹力對水泥土結(jié)構(gòu)的破壞，水泥土凍脹發(fā)生在彈性應(yīng)變階段，故凍脹率隨含水率線性變化且凍脹率變化較小。

圖4 水泥土凍脹率與含水率關(guān)系曲線（齡期為28天，冷端溫度為-10℃，摻入比為10%）Fig.4 Relationship between frost heaving ratio of cementimproved soil and moisture content（Age is 28 days，cold junction temperature is-10℃，and mixing ratio of cement is 10%）

對試驗結(jié)果進(jìn)行擬合，可得凍脹率隨含水率變化的關(guān)系式。

式中：η為水泥土凍脹率（%）；w為含水率（%）。

由式（1）可得，粉質(zhì)黏土水泥土的初始凍結(jié)含水率（η=0）w0=10.25%=0.61wP，臨界凍結(jié)含水率（η=1）we=22.75%=1.35wP。一般來說，土體的初始凍結(jié)含水率和臨界凍結(jié)含水率均小于土的塑限wP，約為塑限的90%左右［36-37］。在粉質(zhì)黏土中添加水泥后，水泥水化產(chǎn)物填充土體中的孔隙，土體孔隙率降低，在含水率較小時土體已經(jīng)飽和，凍結(jié)過程中水變成冰，體積增大，產(chǎn)生凍脹，因此初始凍結(jié)含水率降低。同時，水泥水化產(chǎn)物與土顆粒間的結(jié)合力大于土顆粒之間的結(jié)合力，提高了土骨架強(qiáng)度，產(chǎn)生相同凍脹率所需的凍脹力增大，因此臨界凍結(jié)含水率超過原始土體的塑限。

2.3 齡期對凍脹率的影響

齡期與粉質(zhì)黏土水泥土凍脹率的關(guān)系見圖5。由圖可知，粉質(zhì)黏土水泥土凍脹率隨齡期增長迅速下降，當(dāng)養(yǎng)護(hù)到一定齡期后，凍脹率隨齡期變化曲線突然減緩并趨于水平。水泥土處于早期時，凍脹率隨齡期下降明顯，說明摻入水泥后，早期可以有效抑制凍脹。

圖5 水泥土凍脹率與齡期關(guān)系曲線（含水率為30%，冷端溫度為-10℃，摻入比為10%）Fig.5 Relationship between frost heaving ratio of cementimproved soil and age（Moisture content is 30%，cold junction temperature is-10℃，and mixing ratio of cement is 10%）

養(yǎng)護(hù)28天后，水泥土凍脹率減少至1.56%，僅為7天齡期凍脹率的34.21%，凍脹抑制效果明顯。28天以后，水泥土凍脹率基本不再發(fā)生變化，養(yǎng)護(hù)90天和養(yǎng)護(hù)28天凍脹率僅相差0.32%。這是因為水泥水化反應(yīng)通常在養(yǎng)護(hù)28天內(nèi)已基本完成，齡期繼續(xù)增加水泥土性質(zhì)不再發(fā)生顯著變化。在有較高環(huán)境要求的工程中，可以預(yù)先在凍結(jié)區(qū)土體中摻入水泥形成水泥土，放置一段時間后再進(jìn)行凍結(jié)法施工，以降低施工過程中土體凍脹對周圍環(huán)境和施工質(zhì)量的影響。

2.4 冷端溫度對凍脹率的影響

冷端溫度對水泥土凍脹特性影響試驗在開放條件下進(jìn)行。由圖6可知，在開放條件下進(jìn)行單向凍結(jié)時，粉質(zhì)黏土水泥土凍脹率隨冷端溫度降低而呈線性減少，冷端溫度每降低1℃，凍脹率減少0.22%。這是因為當(dāng)冷端溫度較低時，凍結(jié)過程加快，冷端一側(cè)土體凍結(jié)后，凍結(jié)鋒面迅速向前推進(jìn)，導(dǎo)致水分未完全遷移便已凍結(jié)，外部補(bǔ)水較少，因此凍脹率較小。反之，當(dāng)冷端溫度較高時，凍結(jié)鋒面發(fā)展緩慢，水分遷移充分，在開放條件下外部補(bǔ)水較多，凍脹率增大。

圖6 水泥土凍脹率與冷端溫度關(guān)系曲線（齡期為28天，摻入比為10%，含水率為30%）Fig.6 Relationship between frost heaving ratio of cementimproved soil and cold junction temperature（Age is 28 days，mixing ratio of cement is 10%，and moisture content is 30%）

2.5 荷載對凍脹率的影響

進(jìn)行水泥土凍脹融沉試驗時，為使試樣表面與儀器貼合完全，減少試驗誤差，在試驗前預(yù)加1 kPa荷載，實際使用中發(fā)現(xiàn)其對試樣凍脹融沉影響可忽略，因此研究荷載對水泥土凍脹率影響時也從1 kPa開始增加荷載，具體結(jié)果見圖7。由圖可知，凍脹率隨荷載增大呈線性減小，增大荷載可明顯抑制水泥土凍脹，300 kPa條件下，凍脹率僅為0.22%，較初始預(yù)加荷載條件下減少86%。在單向凍結(jié)試驗中，凍結(jié)鋒面自下而上發(fā)展，產(chǎn)生的凍脹力使土體發(fā)生向上的凍脹變形，而在試樣上部施加向下的荷載后，抵消了部分凍脹力的作用。

圖7 水泥土凍脹率與荷載關(guān)系曲線（齡期為28天，冷端溫度為-10℃，含水率為30%，摻入比為10%）Fig.7 Relationship between frost heaving ratio of cementimproved soil and load（Age is 28 days，cold junction temperature is-10℃，moisture content is 30%，and mixing ratio of cement is 10%）

同時，荷載作用使土體發(fā)生固結(jié)排水，孔隙水被排出，孔隙水壓力逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛赏凉羌艹惺艿挠行?yīng)力，土體產(chǎn)生壓縮變形，減少因土體凍脹產(chǎn)生的變形。因此隨著荷載增加，水泥土凍脹率減小。

2.6 摻入比對融沉系數(shù)的影響

不同水泥摻入比對粉質(zhì)黏土融沉系數(shù)的影響如圖8所示。由圖可知，未摻入水泥的粉質(zhì)黏土融沉系數(shù)為13.14%，隨著水泥摻入比增加，土體融沉系數(shù)迅速下降且速率逐漸減小。水泥摻入比達(dá)到10%時，融沉系數(shù)只有2.15%，為未添加水泥時的16.4%。通過比較融沉曲線和凍脹曲線發(fā)現(xiàn)，凍脹率和融沉系數(shù)隨水泥土摻量的變化規(guī)律相似。當(dāng)摻入比小于10%時，隨摻入比增加，融沉系數(shù)下降較快；摻入比大于10%時，融沉系數(shù)下降緩慢，增加水泥摻量對融沉系數(shù)的影響減小，摻入比從10%增加到20%，融沉系數(shù)僅減少1.79%。由此可見，在粉質(zhì)黏土中摻入10%水泥可以同時抑制凍脹和融沉，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

圖8 水泥土凍脹率和融沉系數(shù)與水泥摻入比關(guān)系曲線（齡期為28天，含水率為30%，解凍溫度為30℃）Fig.8 Relationships between frost heaving ratio/thaw-settlement coefficient of cement-improved soil and mixing ratio of cement（Age is 28 days，moisture content is 30%，and thawing temperature is 30℃）

不同水泥摻入比水平下，粉質(zhì)黏土水泥土的融沉系數(shù)均大于凍脹率，且水泥摻量越高，兩者數(shù)值越接近。其原因是，試樣經(jīng)過凍脹后產(chǎn)生部分結(jié)構(gòu)性損傷，凍結(jié)形成的冰晶支撐土體，進(jìn)行應(yīng)力重分布；而在融化過程中，土體除融化導(dǎo)致的熱融沉陷外，又在自重應(yīng)力下產(chǎn)生壓縮沉降，沉降量必然大于凍脹量。因此，融沉系數(shù)大于凍脹率。隨著水泥摻量增加，試樣強(qiáng)度提高，凍結(jié)過程中土體結(jié)構(gòu)損傷或破壞程度減小，故解凍時土體壓縮沉降量減少，融沉系數(shù)和凍脹率差距減小。此外，水泥摻入后，與土中水發(fā)生水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物填充了土體縫隙，提高了土骨架強(qiáng)度，進(jìn)一步降低解凍過程的融沉量。

2.7 解凍溫度對融沉系數(shù)的影響

由于上覆土層的保溫效果和土體本身熱傳導(dǎo)率較低等原因，自然解凍可能會持續(xù)數(shù)月，對施工組織安排造成一定困難，此時可在凍結(jié)管中通熱水，進(jìn)行強(qiáng)制解凍，加快土體融化速率。實驗室條件下進(jìn)行強(qiáng)制解凍時，需先將恒溫箱溫度從1℃調(diào)整為5℃，并關(guān)閉試樣底部的低溫循環(huán)系統(tǒng)，將連接試樣頂部的恒溫?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)設(shè)置為試驗所需溫度，試樣受頂端恒溫?zé)嵫h(huán)傳熱，實現(xiàn)自上而下的單向融化下沉。

圖9 為不同解凍溫度下試樣融沉系數(shù)變化曲線。由圖可知，隨著解凍溫度升高，水泥土融沉速率加快，但最終融沉量相同，這與常規(guī)土強(qiáng)制解凍融沉規(guī)律相似［38］，即土體最終融沉系數(shù)不受解凍溫度影響，解凍溫度僅改變土體融沉速率。其原因是，粉質(zhì)黏土中摻入10%（合理摻入比）水泥并養(yǎng)護(hù)28天后土體強(qiáng)度較大，此時的凍脹率和融沉系數(shù)僅相差0.59%，凍脹過程土體結(jié)構(gòu)破壞較少，因此在不同解凍溫度下，土體壓縮沉降都較小。融沉量由熱融沉陷主導(dǎo)，即凍土層冰融化、體積減少和水的自由消散導(dǎo)致的沉降，因此最終融沉系數(shù)相同。工程中可采用強(qiáng)制解凍，在融沉系數(shù)不變的情況下加快融沉結(jié)束時間，提高施工效率。

圖9 不同解凍溫度下水泥土融沉系數(shù)與時間關(guān)系曲線（齡期為28天，含水率為30%，摻入比為10%）Fig.9 Relationships between thaw-settlement coefficient of cement-improved soil and time at different thawing temperatures（Age is 28 days，moisture content is 30%，and mixing ratio of cement is 10%）

由圖9還可知，水泥土融沉過程可分為2個不同融沉速率的階段：前一階段融沉速率較快，后一階段融沉速率很慢。原因是前一段融沉過程為熱融沉陷和壓縮沉降兩種沉降疊加，解凍開始后土體冰晶融化，融沉速率較大；當(dāng)冰晶融化結(jié)束后，土體在自重作用下繼續(xù)進(jìn)行融沉，但水泥土強(qiáng)度較大，土體自重壓縮較小，造成后一階段融沉系數(shù)幾乎不變。

3 討論

南京地區(qū)的土質(zhì)為典型粉質(zhì)黏土，在這些類似的地質(zhì)條件下，采用人工凍結(jié)技術(shù)處理相關(guān)工程問題難度較大。同時，根據(jù)實際經(jīng)驗，采用水泥土是抑制凍脹或融沉的一種優(yōu)良方法，但其機(jī)理過程不清晰，影響因素復(fù)雜。例如，程培峰等［37］的研究顯示含水率比凍結(jié)溫度對粉質(zhì)黏土凍脹影響大，且凍結(jié)溫度降低，水泥土凍脹率提高。而針對南京地區(qū)典型粉質(zhì)黏土水泥土研究顯示，冷端溫度對粉質(zhì)黏土水泥土凍脹影響較大，且冷端溫度降低，凍脹率減少。分析發(fā)現(xiàn)不同試驗中對水泥土含水率的選擇上有較大差異，以起始凍結(jié)含水率為基準(zhǔn)時凍結(jié)溫度與凍脹率呈正相關(guān)［39］，以塑限含水率為基準(zhǔn)時凍結(jié)溫度與凍脹率呈負(fù)相關(guān)［37］。這表明水泥土抑制凍脹融沉效果是多因素共同作用結(jié)果，在研究單因素作用基礎(chǔ)上對各種因素進(jìn)行正交分析［40］，對準(zhǔn)確預(yù)測凍脹融沉變化具有重要意義。

研究分析不同控制因素對粉質(zhì)黏土水泥土凍脹、融沉的影響，可直觀反映環(huán)境變化對土體特性的影響。為進(jìn)一步分析其機(jī)理過程，可通過CT掃描等技術(shù)手段對水泥土微觀構(gòu)造進(jìn)行解釋［41-42］以及可通過數(shù)值模擬與試驗結(jié)合的分析方法，進(jìn)一步揭示不同因素下水泥土凍融特性差異機(jī)理，這些相關(guān)內(nèi)容有待深入研究。

4 結(jié)論

（1）粉質(zhì)黏土中摻入水泥可有效抑制土體凍脹，隨水泥摻入比增加凍脹率減小。水泥摻入存在合理摻入比λn，在此條件下可同時滿足工程性和經(jīng)濟(jì)性要求，粉質(zhì)黏土的合理摻入比為10%。

（2）在開放系統(tǒng)中，凍脹率隨齡期增大呈指數(shù)減少，但超過一定齡期后，凍脹率減少緩慢，粉質(zhì)黏土水泥土齡期超過28天后凍脹率基本不再變化。

（3）粉質(zhì)黏土水泥土凍脹率隨著含水率增大、冷端溫度升高呈線性增大；隨荷載增加呈線性減小，荷載可有效抑制水泥土的凍脹。粉質(zhì)黏土水泥土起始凍結(jié)含水率較常規(guī)粉質(zhì)黏土小，臨界凍結(jié)含水率較常規(guī)粉質(zhì)黏土大。

（4）融沉系數(shù)隨水泥摻入比增大呈指數(shù)規(guī)律減小，融沉系數(shù)和凍脹率隨水泥摻量變化規(guī)律類似，在合理水泥摻入比條件下，粉質(zhì)黏土水泥土凍脹率和融沉系數(shù)均較小。

（5）在相同水泥摻入比條件下，融沉系數(shù)均大于凍脹率，且二者差值隨摻入比增大而減??；隨著解凍溫度提高，土體達(dá)到最終融沉量的時間減少，但最終融沉量不因解凍溫度不同而變化。實際工程中如周圍環(huán)境條件要求較高，可通過強(qiáng)制解凍縮短融沉作用時間，以便及時采取有效措施，較少環(huán)境影響。