煤矸石改良季节冻土区黄土填料的冻融特性试验研究

摘要

我国西北季节冻土区广泛分布着黄土，受周期性冻融循环作用的影响，黄土区路基工程极易发生冻融病害。常用的防治方法是对黄土进行处理或改良，但目前节能低碳环保的改良方法研究尚显不足，鉴于西北地区煤矸石堆存量巨大且资源化利用率低，尝试用煤矸石改良黄土作为路基填料。以兰州皋兰黄土(以下简称“素黄土”)与石灰改良黄土作为对比试验组，通过室内冻融循环试验探究在冻融循环条件下较大掺量煤矸石改良黄土填料的冻融特性，并通过电镜扫描和CT扫描揭示其微观机理。结果表明：(1)与素黄土相比，掺入30%与50%煤矸石的改良黄土试样温度梯度变化幅度分别降低了8.5%与25.3%。(2)与素黄土和石灰改良黄土相比，煤矸石改良黄土的最优含水率降低，经历5次冻融循环后各组含水率分布情况相近，掺入30%煤矸石的改良黄土与素黄土补水量相近，掺入50%煤矸石改良黄土的补水量相较于素黄土下降了53.8%。(3)5次冻融循环后，掺入30%与50%煤矸石改良黄土的平均冻胀率相较于素黄土分别降低了77.3%、90.2%,相较于石灰改良黄土分别降低了70.4%、87.5%,融沉系数的变化规律较为复杂，只有煤矸石掺量为50%的改良黄土融沉系数相较于素黄土降低了40.9%。(4)与素黄土相比，掺入50%煤矸石的改良黄土试样在冻融循环前后孔隙率均降低了60%左右。总体而言，煤矸石掺量为50%时能显著地改善黄土的冻胀与融沉性质。

关键词

季节冻土区 / 黄土 / 煤矸石 / 冻融循环 / 冻胀 / 融沉