吉林省西部湖泊地带盐碱土入渗及溶陷特性研究

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吉林省西部开展的河湖连通工程中,“湖-湖”连通的盐碱土基无衬砌渠道数量巨大,水分入渗导致渠系建筑物地基土体溶陷,相伴发生流土型破坏,使得工程的效益难以充分发挥,渠道的安全性问题急需解决。本文以吉林省西部乾安县典型湖泊的盐碱土地带为研究对象,研究这一区域盐碱土水盐运移的行为结果及溶陷特性,为预防和治理盐碱土基渠道的溶陷提供借鉴。通过野外调查结合室内试验方法探究了盐碱土的物理、力学及化学性质;采用聚类分析方法分析了盐碱土的地表特征和深度剖面上的渗透特性;利用单轴压缩试验-双线法得到了盐碱土的溶陷系数随上覆荷载的变化规律。研究结果表明:(1)乾安县湖泊地带盐碱土中砂粒含量高于50%,属砂质壤土,液限小于30%,塑性指数小于17.4,名称为含砂低液限粉土,最优含水率16.8%,最大干密度1.798g/cm3,土壤粒径集中,松散不稳定,工程性质不良,在深度剖面上具有非均质性。030cm土层是积盐层,盐分含量在0.7980.948%之间,30cm左右是主要的积盐深度,主导土壤盐碱化的Na+、SO42-、HCO3-、Cl-比150cm深度处分别增长了237.43%、220.59%、122.74%和925.00%,30150cm土层的盐分含量在0.687%至0.353%之间,孔隙比由0.739增大至0.925,塑性指数由17.4降低至8.2,土壤物理及力学性质强烈变化,盐分含量随深度变化而减小,盐分表聚现象明显。(2)乾安县湖泊盐碱地剖面上的渗透性呈“浅低深高”,050cm土层的入渗速率在10-710-8cm/s之间,在3040cm左右渗透性最低;5080cm土层的入渗速率随深度呈开口向下的抛物线形式变化,在70cm左右达到顶点,入渗速率达到10-6cm/s;自80cm向下,入渗速率增大,大于5×10-7cm/s。采用聚类方法对0150cm土体通过理化性质变量进行聚类,0150cm土体被分为连续的三层,分别是050cm、50110cm和110150cm,入渗速率—深度关系曲线根据聚类结果可划分出一致的分层规律,说明150cm深度上部的土体本质上由三种不同性质的土层组成。50110cm土层的渗透性变化较大,首末端的入渗速率相差近100倍,受湖泊水位波动等因素的影响,入渗速率强烈波动。(3)乾安县湖泊地带不同深度的苏打盐碱土浸水后,在200kPa的压力下溶陷系数最大,随着压力增大,溶陷系数减小。不同深度土壤的溶陷系数存在差异,20130cm盐碱土的溶陷系数在0.0100.031之间,020cm、130150cm土层的溶陷系数小于0.010,20130cm土层内,上下层土壤之间理化性质不稳定,是诱发盐碱土溶陷的原因之一。盐碱土基渠道处在0130cm的部分是防治溶陷的主要区域。
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