堿處理風(fēng)積砂物理力學(xué)試驗及加固機理研究

摘要：為了獲取堿液加固風(fēng)積砂的物理力學(xué)特征，通過室內(nèi)試驗，探究了堿液濃度為7%，14%和21%時，養(yǎng)護3，7，14，30 d和60 d后單液加固和雙液加固風(fēng)積砂的物理力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律，并簡要分析了堿液加固風(fēng)積砂的作用機理。試驗結(jié)果表明：① 堿液的摻入能夠提升風(fēng)積砂的力學(xué)性質(zhì)和水穩(wěn)性，抗剪強度參數(shù)隨養(yǎng)護時間的增加逐漸增大，堿液濃度為14%時加固效果最好，養(yǎng)護至60 d時，單液加固試樣、雙液加固試樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角較素土分別提升了48 kPa和10°、66 kPa和9°；② 雙液加固試樣強度略高于單液加固試樣，但加固的本質(zhì)仍是堿-土作用，CaCl2的加入能夠幫助提升低濃度下加固試樣的初期水穩(wěn)性；③ 堿液加固風(fēng)積砂的作用機理大致可以分為充填過程、膠結(jié)過程和溶解過程。研究成果為風(fēng)積砂的加固提供了新的方法，也為風(fēng)積砂分布區(qū)的工程建設(shè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞：堿液； 風(fēng)積砂； 抗剪強度； 顆粒粒徑； 微觀結(jié)構(gòu)

中圖法分類號： TU446

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.11.029

0 引 言

風(fēng)積砂廣泛分布于中國西北部地區(qū)，是在干旱、半干旱氣候環(huán)境下產(chǎn)生的一種具有特殊性質(zhì)的砂土體，具有天然級配不良、孔隙率大、粉黏粒含量少、結(jié)構(gòu)松散、自穩(wěn)能力差等特性，往往無法滿足構(gòu)筑物的承載力和變形要求，在工程建設(shè)中需要棄置換填或改良加固，給中國西北部風(fēng)積砂分布區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)及維護帶來巨大挑戰(zhàn)^［1］。

傳統(tǒng)的風(fēng)積砂加固方法主要以機械碾壓夯實和固化劑加固為主。僅以機械碾壓夯實通常難以滿足工程要求，因此風(fēng)積砂改良主要通過加入固化劑來實現(xiàn)^［2-6］。固化劑分為固體固化劑和液體固化劑，常用的固體固化劑為水泥。任輝明等^［7］曾針對蒙西華中重載鐵路風(fēng)積砂路段缺少優(yōu)質(zhì)路基填料的問題，采用水泥對風(fēng)積砂進行改良，研究了不同水泥摻量、不同養(yǎng)護齡期及不同水泥強度等級下加固體強度的變化規(guī)律，并提出了適用的水泥等級及水泥摻量控制標(biāo)準(zhǔn)。此外，也有學(xué)者通過向風(fēng)積砂中添加纖維加筋材料和廢棄礦渣^［8-9］，增強了風(fēng)積砂的物理力學(xué)性質(zhì)?，F(xiàn)有的液體固化劑加固技術(shù)為微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀（MICP）技術(shù)^［10］，在風(fēng)積砂中注入巴士芽孢桿菌菌液和膠結(jié)液，通過微生物礦化作用在風(fēng)積砂內(nèi)部產(chǎn)生碳酸鈣沉淀并填充孔隙，從而使風(fēng)積砂膠結(jié)成具有一定強度的整體。

上述提到的水泥、纖維加筋材料和廢棄礦渣等固體固化劑雖然能對風(fēng)積砂起到較好的加固效果，但由于材料性質(zhì)特殊，因此難以實現(xiàn)原位加固，應(yīng)用具有局限性。MICP技術(shù)雖然可以實現(xiàn)原位加固，但該技術(shù)涉及復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過程，且微生物生長對環(huán)境要求極高，反應(yīng)過程難以控制，加固效果具有不確定性，加固成本也相對較高。

堿液加固土體最早始于對濕陷性黃土地基的加固研究，具有施工簡單、易于掌握、加固效果好等優(yōu)點，是一種可實現(xiàn)土體原位加固的方法^［11-12］，可用于緊急地基事故的處理或無人區(qū)基建工程的地基加固處理。隨著其成功應(yīng)用和推行，相關(guān)學(xué)者也嘗試將這一種方法應(yīng)用在新近堆積黃土^［13］、黃土狀粉質(zhì)黏土^［14］和紅黏土^［15-16］等其他類型的土體加固中，均取得了較為理想的加固效果。但關(guān)于堿液對風(fēng)積砂是否能起到類似的加固效果，尚未有學(xué)者進行過相關(guān)研究。因此，本文采用常見的NaOH粉末配制堿液，探究了不同濃度的堿液處理后風(fēng)積砂物理力學(xué)性質(zhì)隨養(yǎng)護時間的變化規(guī)律，確定了最優(yōu)的堿液濃度和養(yǎng)護時間，研究成果對堿液加固風(fēng)積砂的工程應(yīng)用具有重要意義。

1 試驗材料和方案

1.1 風(fēng)積砂

試驗所用風(fēng)積砂取自內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟阿巴嘎旗境內(nèi)，主要礦物化學(xué)成分為SiO2、K（AlSi3O8）、Na（AlSi3O8）和Al（PO4）（圖1）。根據(jù)顆粒粒徑分析試驗結(jié)果（圖2），中值粒徑（D₅₀）為0.43 mm，曲率系數(shù)C_u為2.36，不均勻系數(shù)C_c為0.97，屬于顆粒均勻、級配不良的中砂，其他基本物理性質(zhì)見表1。

1.2 堿 液

試驗采用純度99%的NaOH粉末，根據(jù)試驗方案配置不同濃度的堿液。

1.3 試驗方案

1.3.1 試樣制備

將取回的風(fēng)積砂剔除土中雜質(zhì)后，放入烘箱烘干。試驗分為單液加固和雙液加固，單液加固試驗設(shè)置堿液濃度質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7%，14%和21%。堿液加固黃土?xí)r，土中可溶性鈣、鎂離子含量是影響加固效果的重要因素之一^［17］，參考堿液加固黃土的作用機理，由于本試驗研究對象風(fēng)積砂的鈣元素含量較少，因此補充雙液加固試驗研究，在單液加固試驗不變的條件下按照CaCl2與NaOH為1∶2的比例向土中添加CaCl2，增加土中鈣源含量，探究雙液加固的效果。按照最優(yōu)含水率10%制備高度20 mm、直徑61.8 mm的環(huán)刀試樣（圖3），并在25 ℃室溫下分別養(yǎng)護3，7，14，30 d和60 d。

1.3.2 試驗方案

（1） 直剪試驗。

黏聚力和內(nèi)摩擦角是表征土體抗剪強度指標(biāo)的主要參數(shù)，本文采用固結(jié)快剪試驗，在上部應(yīng)力荷載為100，200，300，400 kPa的條件下進行直剪試驗，轉(zhuǎn)速為12 r/min，利用線性擬合計算土體的黏聚力和內(nèi)摩擦角。

（2） 崩解試驗。

抗水解能力是檢驗加固土體耐久性能的重要指標(biāo)之一，將養(yǎng)護后的試樣放入水中，觀察試樣在水中是否發(fā)生崩解，以此判斷堿液加固風(fēng)積砂的水穩(wěn)性是否有所提升。

（3） 顆粒粒徑分析試驗。

顆粒形態(tài)參數(shù)是直觀反映土體顆粒特征的指標(biāo)，采用Bettersize 3000Plus粒度分布儀，對試樣的顆粒粒徑進行分析，提取體積平均徑D［4，3］和比表面積兩個參數(shù)。其中，體積平均徑是指在一組顆粒中，每個顆粒的體積與其直徑的乘積之和除以總體積的比值，是顆粒尺寸分布的一個重要參數(shù)，可以用來描述顆粒的平均大?。槐缺砻娣e則是指單位質(zhì)量顆粒所具有的總面積，顆粒越細(xì)，比表面積越大。

（4） 電鏡掃描試驗。

土的微觀結(jié)構(gòu)是影響其宏觀物理力學(xué)性質(zhì)的本質(zhì)因素，為探究堿液加固風(fēng)積砂的微觀作用機理，開展電鏡掃描試驗。對試樣進行鍍金處理后，采用德國Zeiss電子掃描顯微鏡對不同養(yǎng)護時間和不同濃度堿液處理后的試樣進行觀察，獲取對應(yīng)的SEM圖像。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 堿液濃度、養(yǎng)護時間和抗剪強度參數(shù)的關(guān)系

圖4和圖5分別是單液加固試驗和雙液加固試驗下試樣抗剪強度參數(shù)變化，其中養(yǎng)護0 d指未處理前風(fēng)積砂（簡稱素土，下同）的抗剪強度參數(shù)。

由圖4（a）可以發(fā)現(xiàn)，單液加固試驗中經(jīng)不同濃度堿液處理后，試樣的黏聚力整體均隨養(yǎng)護時間的增加而逐漸增大，并在30 d后基本達(dá)到穩(wěn)定值，但是不同堿液濃度下黏聚力變化規(guī)律有一定差異：① 低濃度（7%）下，試樣14 d時黏聚力較處理前變化較小，但當(dāng)養(yǎng)護至30 d時試樣黏聚力突然增大至31 kPa，較14 d時提升了近5倍；② 在中高濃度（14%，21%）下，試樣養(yǎng)護3 d后黏聚力急劇增大，其中當(dāng)濃度為14%時，黏聚力隨著養(yǎng)護時間的增加持續(xù)增大，而當(dāng)堿液濃度為21%時，黏聚力在養(yǎng)護至第14 d時達(dá)到最大值，之后緩慢減小，60 d時黏聚力較濃度14%的低，但仍明顯高于低濃度時的黏聚力。由圖4（b）可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)3種濃度堿液處理后，試樣的內(nèi)摩擦角變化規(guī)律基本一致，均隨養(yǎng)護時間的增加而逐漸增大，并在14 d后趨于穩(wěn)定，且堿液濃度越高，內(nèi)摩擦角越大，但差值較小，3種濃度下基本相當(dāng)。

由圖5（a）可以發(fā)現(xiàn)，雙液加固試驗中經(jīng)不同濃度堿液處理后風(fēng)積砂的黏聚力值總體也隨養(yǎng)護時間的增加逐漸增大：① 中低濃度下（7%，14%），試樣養(yǎng)護至第7 d時，黏聚力略有下降，之后隨養(yǎng)護時間的增加繼續(xù)增大；② 高濃度下（21%），黏聚力在養(yǎng)護至第14 d時達(dá)到最大值，之后逐漸降低，養(yǎng)護至60 d時的黏聚力較濃度14%加固的試樣低，但仍明顯高于7%濃度加固后的試樣。這是由于雙液加固法額外補充了鈣源，因此未完全反應(yīng)的NaOH會與多余的鈣離子反應(yīng)生成沉淀物，但這種松散物質(zhì)缺少膠結(jié)物的包裹作用，不能起到提升土體強度的作用，因此導(dǎo)致后期黏聚力降低。由圖5（b）可以發(fā)現(xiàn)，雙液加固后的內(nèi)摩擦角總體隨養(yǎng)護時間的增加逐漸增大，并在養(yǎng)護14d后基本達(dá)到穩(wěn)定，14d后高濃度（21%）下內(nèi)摩擦角波動較大，而中低濃度（7%，14%）下內(nèi)摩擦角基本穩(wěn)定。

總之，單液和雙液加固法都能夠有效提升風(fēng)積砂的抗剪強度，并且加固液的濃度存在最優(yōu)值，濃度為14%時的加固效果最好。此外，當(dāng)濃度為14%時，單液加固試樣和雙液加固試樣養(yǎng)護60 d后的內(nèi)摩擦角基本相當(dāng)，但雙液加固試樣的黏聚力略高于單液加固試樣，說明在堿液加固風(fēng)積砂時適量補充鈣源能夠一定程度上提升加固效果，但影響加固效果的核心仍然是堿液的濃度及養(yǎng)護的時間。

2.2 水穩(wěn)性分析

圖6和圖7分別是單液加固試樣和雙液加固試樣養(yǎng)護3 d時的崩解試驗結(jié)果：加固前試樣放入水中后會立刻發(fā)生崩解，大約3 min后完全崩解，濃度為7%時單液加固試樣放入水中也會立刻發(fā)生崩解，大約30 min后完全崩解，而中高濃度（14%，21%）單液加固試樣放入水中后雖然偶有碎土掉落，但整體并未完全崩解，浸水24 h后依然能夠基本維持試樣形態(tài)。不同濃度的雙液加固試樣浸水24 h后，雖然也會有碎土掉落，但都能夠維持試樣形態(tài)，并不完全崩解。

圖8為濃度7%時單液加固試樣養(yǎng)護7 d、14 d和30 d后的崩解試驗結(jié)果：養(yǎng)護7 d后試樣浸水立刻發(fā)生崩解，浸水24 h后崩解基本停止，但仍然留有部分完整土樣；養(yǎng)護14 d后試樣浸水并不會立刻發(fā)生崩解，浸水24 h后局部邊緣有細(xì)小土塊掉落且崩解基本停止，土樣整體形態(tài)較完整；養(yǎng)護30 d后試樣浸水24 h后不會發(fā)生崩解，試樣依然能夠維持完整形態(tài)。

由上述崩解試驗結(jié)果可以看出，堿液處理前風(fēng)積砂試樣并不具備水穩(wěn)性，放入水中后會立刻發(fā)生崩解，但經(jīng)堿液處理后能夠有效提升風(fēng)積砂的水穩(wěn)性，且水穩(wěn)性會隨試樣養(yǎng)護時間的增加逐漸增強。此外，雙液加固法不僅能夠在一定程度上提升風(fēng)積砂的抗剪強度，還可以提升加固試樣的初期水穩(wěn)性。

2.3 顆粒粒徑分析

圖9和圖10為堿液處理后試樣顆粒體積平均徑和比表面積的變化規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)，兩種加固方法任一濃度下試樣的顆粒體積平均徑隨養(yǎng)護時間增加逐漸增大，較加固前增大了約50%，而試樣的顆粒比表面積隨養(yǎng)護時間增加逐漸減小，較加固前減小了約60%。當(dāng)養(yǎng)護至60 d時，兩種加固方法處理后，均是濃度14%加固后的試樣顆粒體積平均徑最大，而顆粒比表面積最小。

雙液加固試樣在養(yǎng)護7 d時顆粒體積平均徑較養(yǎng)護3 d時均出現(xiàn)了明顯的降低，之后再逐漸增大。同樣地，顆粒比表面積在養(yǎng)護7d時較3 d時略增大，之后逐漸降低。這是由于養(yǎng)護7 d時，NaOH與CaCl2的反應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)，生成大量的Ca（OH）2沉淀，從而使得顆粒體積平均徑和顆粒比表面積變化出現(xiàn)了異常。

2.4 微觀結(jié)構(gòu)分析

以濃度為14%、養(yǎng)護14 d時單雙液加固試樣和素土的500倍SEM圖像為例（圖11）?？梢钥闯觯庸糖巴令w粒僅為簡單的接觸連接，顆粒間無物質(zhì)膠結(jié)。加固后，粒間孔隙中生成了大量的物質(zhì)牢牢將顆粒膠結(jié)包裹在了一起，形成一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而增強了試樣的整體強度。進一步增大SEM圖像的倍數(shù)（圖12），可以觀察到生成物的形態(tài)特征，以片狀或顆粒狀物質(zhì)為主，這些生成物充填粒間孔隙并牢牢附著于土顆粒表面，隨著生成物的增多，它們逐漸膠連在一起將顆粒牢牢包裹住^［18］。

3 作用機理分析

堿液加固法在黃土加固中取得了較為明顯的效果并得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)學(xué)者^［17］也分析了對應(yīng)的加固機理，并認(rèn)為黃土中可交換性鈣（鎂）離子的存在是影響堿液加固效果的重要因素之一，適時補充一定的鈣鹽可以進一步提升加固效果。本試驗研究所用風(fēng)積砂鈣元素含量較低，但補充鈣源后雙液加固試樣的抗剪強度較單液加固試樣并沒有較大比例的提升。因此，堿液加固風(fēng)積砂的作用機理與黃土之間有一定的差異，大致可以分為以下3個階段。

（1） 充填過程。

與堿液加固黃土的反應(yīng)類似，風(fēng)積砂中的游離鈣、鎂離子與堿液發(fā)生置換反應(yīng)，生成沉淀物顆粒充填于孔隙之中。這一反應(yīng)過程較為迅速，在風(fēng)積砂與堿液混合接觸后會立即開始，當(dāng)土中游離的鈣、鎂離子消耗完后反應(yīng)進程會逐漸變緩并趨于停止。

（2） 膠結(jié)過程。

土中游離的二氧化硅和硅鋁酸鹽類與NaOH反應(yīng)生成膠結(jié)物，將土顆粒與置換反應(yīng)后生成的沉淀物膠結(jié)包裹在一起，宏觀表現(xiàn)為顆粒體積平均徑的增大和顆粒比表面積的減小^［19-21］。

但由于黃土和風(fēng)積砂的礦物組成并非完全相同，因此堿液與風(fēng)積砂反應(yīng)生成的膠結(jié)物和在黃土中并不完全一樣。對加固后試樣表面生成物進行電鏡掃描和能譜分析，可以發(fā)現(xiàn)加固試樣顆粒表面生成物主要有兩種形態(tài)，一種呈顆粒狀（圖13（a））附著于顆粒表面并相互膠結(jié)將數(shù)個土顆粒單元連接在一起，另一種呈片狀附著于土顆粒表面（圖13（b））。生成物物質(zhì)成分除了以O(shè)、Na、Al、Si、Ca為主外，還出現(xiàn)了Nb、Sn等微量元素的富集。

此外，將加固后試樣浸入水中后，還能發(fā)現(xiàn)明顯的白色絮狀物質(zhì)析出（圖14（a））。提取白色絮狀物進行電鏡掃描和能譜分析，微觀下觀察到是一種顆粒狀或條狀的物質(zhì)，主要以O(shè)、Na、Nb元素為主（圖14（b）），與圖13中粒狀生成物的元素特征類似。因此，推測堿液與風(fēng)積砂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，會在土顆粒表面生成一種Na、O與Nb或Sn組成的特殊鹽類，這類物質(zhì)能夠穩(wěn)定存在，并且將土顆粒膠結(jié)在一起，進而提升整體的強度^［22-23］。

（3） 溶解過程。

隨著反應(yīng)的持續(xù)進行，當(dāng)土中活性物質(zhì)及堿液逐漸消耗殆盡后，生成物減少，強度逐漸趨于穩(wěn)定。但當(dāng)堿液濃度過高時，生成物在強堿性環(huán)境下會被溶解，顆粒之間的連接被打斷，宏觀表現(xiàn)為土體黏聚力的降低及顆粒比表面積的增大。溶解過程伴隨反應(yīng)全過程一直存在，但只有當(dāng)充填過程和膠結(jié)過程變?nèi)鹾蟛胖饾u占據(jù)主導(dǎo)作用。

4 結(jié) 論

本文通過室內(nèi)試驗，探究了不同堿液濃度下堿處理風(fēng)積砂物理力學(xué)特性隨養(yǎng)護時間的變化規(guī)律，主要結(jié)論如下：

（1） 堿液摻入后由于堿-土作用能夠增加風(fēng)積砂的力學(xué)強度，以7%，14%和21%三個不同堿液濃度探究了加固后風(fēng)積砂的力學(xué)特性隨養(yǎng)護時間的變化規(guī)律，總體均表現(xiàn)為黏聚力、內(nèi)摩擦角隨養(yǎng)護時間的增加逐漸增大，但堿液濃度并非越大越好，存在一個最優(yōu)值。雙液加固法對加固體強度的增強有一定的輔助作用，但影響加固效果的核心仍是堿-土作用的時間和堿液的濃度。

（2） 堿液加固還可以提升風(fēng)積砂的水穩(wěn)性，低濃度（7%）下單液加固試樣養(yǎng)護3，7 d后的水穩(wěn)性較差，浸水后會發(fā)生崩解破壞，但隨著養(yǎng)護時間的增加，水穩(wěn)性也能得到增強，其余濃度下單液加固試樣和所有雙液加固試樣在養(yǎng)護3 d時就能表現(xiàn)出較好的水穩(wěn)性，說明雙液加固法能夠較好地提升加固體初期的水穩(wěn)性。

（3） 堿液加固風(fēng)積砂的作用機理與加固黃土并不完全相同，主要分為充填過程、膠結(jié)過程和溶解過程，堿-土作用會生成大量沉淀物和膠結(jié)物，重塑了土體的結(jié)構(gòu)，從而提升了土體的強度。同時，堿液的加入除了能夠在堿-土作用下生成膠結(jié)物外，還會破壞膠結(jié)物結(jié)構(gòu)，因此堿液濃度越高，加固效果并不會越好，堿液加固濃度存在最優(yōu)值。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 牟獻(xiàn)友，谷攀.國內(nèi)風(fēng)積沙工程特性研究綜述［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，31（1）：307-310.

［2］ ZHENG H D，HONG L X，ZHI B D，et al.Morphological physical and chemical properties of aeolian sandy soils in northern china［J］.Journal of Arid Environments，2007，68（1）：66-76.

［3］ ELIPE M G M，LOPEZ-QUEROL S.Aeolian sand：chracterization，options of improvement and possible employment in construction-the state-of-the-art［J］.Construction amp; Building Materials，2014，73：728-739.

［4］ ANAGNOSTOPOULOS C A，PAP ALIANGAS T，MANOLOPOULOUS S，et al.Physical and mechanical properties of chemically grouted sand［J］.Tunnelling amp; Underground Space Technology Incorporating Trenchless Technology Research，2011，26（6）：718-724.

［5］ CHAVALI R V P，VINDULA S K，HARI P R P，et al.Swelling behavior of kaolinitic clays contaminated with alkali solutions：a micro-level study［J］.Applied Clay Science，2017，135：575-582.

［6］ OLA KARNLAND，SIV OLSSON，ULF NILSSON，et al.Experimentally determined swelling pressures and geochemical interactions of compacted Wyoming bentonite with highly alkaline solutions［J］.Physics and Chemistry of the Earth，2006，32（1）：275-286.

［7］ 任輝明，曾新迪，師高鵬，等.水泥改良風(fēng)積沙無側(cè)限抗壓強度試驗研究［J］.蘭州交通大學(xué)學(xué)報，2017，36（4）：67-72，85.

［8］ 阮波，袁忠正，鄭世龍，等.不同種類纖維加筋水泥改良風(fēng)積沙抗拉性能試驗研究［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2022，19（8）：2240-2248.

［9］ 張向東，徐躍博，任昆，等.堿礦渣改良風(fēng)積砂強度及抗侵蝕性能研究［J］.非金屬礦，2021，44（1）：30-32.

［10］李多.微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固化沙漠風(fēng)積砂的研究［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2018.

［11］李云章.濕陷性黃土地基堿液加固［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，1982（1）：69-80.

［12］金鑫，王鐵行，于康康，等.堿液加固黃土體的工程性質(zhì)研究［J］.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，48（3）：383-387，416.

［13］李宏義，劉洪平.堿液法加固新近堆積黃土地基的研究［J］.工程勘察，1990（4）：1-6.

［14］張修成，修巖，徐國光.堿液加固黃土狀粉質(zhì)粘土地基試驗研究［J］.低溫建筑技術(shù)，1996（2）：33-34.

［15］陳筠，趙鵬，何維鋒，等.堿污染紅黏土抗剪強度特性室內(nèi)試驗研究［J］.長江科學(xué)院院報，2017，34（12）：94-100.

［16］WANG Q，CHEN J，LIU J K，et al.Relationships between shear strength parameters and microstructure of alkaline-contaminated red clay［J］.Environmental Science and Pollution Research，2020，27（27）：33848- 33862.

［17］于康康.堿液加固黃土體的工程性能研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2015.

［18］陳泰徐，陳筠，沙運斌，等.基于SEM圖像的既有地基紅黏土顆粒微觀結(jié)構(gòu)及分形特征研究［J］.中國巖溶，2019，38（4）：635-642.

［19］張瑤丹，陳筠，施鵬超，等.堿處理紅黏土的力學(xué)強度試驗研究［J］.長江科學(xué)院院報，2020，37（3）：170-177.

［20］王麒，陳筠，趙鵬，等.堿污染紅黏土物理性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)試驗研究［J］.地下空間與工程學(xué)報，2017，13（6）：1483-1492.

［21］陳筠，王麒，于明圓，等.堿污染紅黏土抗剪強度及破裂面微觀結(jié)構(gòu)特征研究［J］.工程地質(zhì)學(xué)報，2018，26（5）：1300-1310.

［22］甘濤，許健，張世茂.風(fēng)積沙堤壩填筑碾壓工藝性能試驗研究［J］.人民長江，2023，54（7）：140-146.

［23］王曉強，高富強.玄武巖纖維-堿液加固黃土的強度和滲透特性研究［J］.人民長江，2022，53（12）：167-172.

（編輯：郭甜甜）

Physical and mechanical tests on aeolian sand by alkali solution treatment and reinforcement mechanism

CHEN Taixu¹，LI Jianwu¹，CHEN Jun²，ZHANG Chongchong³，ZHAO Daiyao¹

（1.PowerChina Guiyang Survey，Design and Research Institute Co.，Ltd.，Guiyang 550081，China； 2.School of Continuing Education，Guizhou Institute of Technology，Guiyang 550003，China； 3.College of Resources and Environmental Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

Abstract：

In order to obtain physical and mechanical characteristics of aeolian sand reinforced with alkali solution，laboratory tests were conducted to explore the changes in physical and mechanical parameters of aeolian sand after being treated with single alkali solution reinforcement and composite alkali solution reinforcement for durations of 3，7，14，30，and 60 days at alkali solution concentrations of 7%，14%，and 21%.The mechanism of how alkali solution reinforces aeolian sand was briefly analyzed.The experimental results show that：① The addition of an alkali solution can improve the mechanical properties and water stability of aeolian sand.The shear strength parameters gradually increase with the duration of maintenance.The best reinforcement effect is achieved when the alkali solution concentration is 14%.After 60 days of maintenance，the cohesive force and internal friction angle of the single alkali solution reinforcement samples and the composite alkali solution reinforcement samples have increased by 48 kPa and 10°，and 66 kPa and 9°，respectively，compared to plain soil.② The strength of the composite alkali solution reinforcement samples is slightly higher than that of the single alkali solution reinforcement samples，but the essence of the reinforcement is still the alkali-soil interaction.③ The mechanism of alkali solution reinforcement of aeolian sand can be roughly divided into three phases：the filling phase，the cementation phase，and the dissolution phase.The research findings provide a new method for the reinforcement of aeolian sand and also offer fundamental data and scientific guidance for engineering construction in aeolian areas.

Key words：

alkali solution； aeolian sand； shear strength； particle size； micro-structure