冻融循环对沸石改良黑土物理力学性质影响及微观结构研究

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我国冻土面积约为总陆地面积的75%左右,冻融侵蚀分布十分广泛。目前针对土壤侵蚀方面的研究主要集中在水力侵蚀和风力侵蚀,冻融侵蚀研究相对落后。本研究将天然沸石作为土壤改良剂掺加到黑土中,然后研究改良黑土在冻融循环作用下的物理及力学性质的变化,并从土壤的微观结构来分析土壤宏观性质产生变化的原因,进而分析天然沸石改良土壤、提升土壤抗冻融侵蚀的效果和机理。  研究结果表明:  (1)采用天然沸石改良黑土,随着沸石的掺配量增加,土壤密度变大,孔隙度减小;土壤粘聚力与沸石掺配量呈正相关关系,内摩擦角随掺配量的变化没有明显的规律。在黑土中添加沸石可以提升黑土的抗剪强度。  (2)冻融循环作用对各掺配量下的改良黑土物理性质及粘聚力均呈现出第一次变化幅度最大,三次以后缓慢达到平衡,各组土壤内摩擦角随冻融循环次数均无明显的变化规律。各掺配量改良黑土的密度随冻融循环次数增多而增大,孔隙度则相反,不同掺配量的土壤粘聚力变化规律均不相同。掺配量为5%、10%、20%的改良土壤在达到冻融动态平衡以后粘聚力均高于对照组,同时10%掺配量的土壤粘聚力整体的变化幅度相对较小,说明添加10%的天然沸石可以有效的提升黑土的抗冻融侵蚀能力。  (3)各组土壤经过一次冻融循环以后的微观孔隙结构均有不同程度的改变。在黑土中掺加沸石和冻融循环作用改变的孔隙范围都是主要集中在直径为500~3000nm的土壤颗粒之间和团粒内部的小孔隙,大孔隙只有略微的波动。土壤的孔隙分布和土壤总孔隙体积的变化共同影响着土壤的抗剪强度。
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