郝中華 牛皖豫 安培磊 閆少敏

摘要：為研究石油污染土的剪切特性，以不同含鹽量的固化石油污染濱海鹽漬土為研究對(duì)象，對(duì)石灰、粉煤灰穩(wěn)定碎石固化石油污染土進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度性能試驗(yàn)與微觀分析。研究結(jié)果表明：隨含鹽量的增大，石灰粉煤灰固化石油污染土（簡(jiǎn)稱污染土）的黏聚力和內(nèi)摩擦角均先增大后減小；含鹽量相同，污染土的黏聚力和內(nèi)摩擦角均隨石灰、粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而先增大后減小，隨石油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小；含鹽量為1%，石油、粉煤灰、石灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%、20%、10%時(shí)，污染土的黏聚力和內(nèi)摩擦角最大；污染土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線在不同石灰、粉煤灰、石油質(zhì)量分?jǐn)?shù)下均先增大后減小并趨于穩(wěn)定；不同含鹽量下，污染土的微觀結(jié)構(gòu)特征和宏觀土樣抗剪強(qiáng)度參數(shù)的變化規(guī)律一致。

關(guān)鍵詞：石油污染土；石灰粉煤灰固化土；濱海鹽漬土；抗剪強(qiáng)度；微觀結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：U416.1;X131.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1672-0032（2024）02-0033-09

引用格式：郝中華，牛皖豫，安培磊，等.不同含鹽量的石灰粉煤灰固化石油污染土抗剪性能試驗(yàn)研究［J］.山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2024，32（2）：33-41.

HAO Zhonghua， NIU Wanyu， AN Peilei， et al. Experimental research on shear strength performance of lime-fly ash solidified petroleum-contaminated soil with different salt contents［J］.Journal of Shandong Jiaotong University，2024，32（2）：33-41.

0?引言

隨世界各國(guó)工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，石油及其制品廣泛應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各領(lǐng)域中。在石油生產(chǎn)、運(yùn)輸、加工及使用中，因不正確檢修和不規(guī)范操作等引發(fā)的事故易造成石油泄露，石油以不同方式進(jìn)入土體并對(duì)周圍環(huán)境造成較大破壞和影響。土顆粒間的石油嚴(yán)重影響土體的物理力學(xué)性質(zhì)，研究石油污染土的綜合治理及利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

席人雙[1]通過直剪試驗(yàn)研究低塑性土的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)鹽漬土的抗剪強(qiáng)度隨含鹽量的增大而增大，相同荷載作用下，土樣的孔隙比減小并發(fā)生滲透固結(jié)現(xiàn)象。張飛等[2]、陳煒韜等[3]通過試驗(yàn)確定不同含鹽量對(duì)硫酸鹽漬土抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨含鹽量的增大，試樣的抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線均為直線型，試樣的黏聚力先減小后增大再減小，內(nèi)摩擦角的變化較小。呂前輝等[4]以凍融次數(shù)、含鹽量、改性聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)、石灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)、養(yǎng)護(hù)齡期及干密度為影響因素，研究石油污染土的力學(xué)性能，認(rèn)為隨含鹽量的增大，固體顆粒間的滑動(dòng)摩擦逐漸增大，內(nèi)摩擦角逐漸減?。缓}量飽和后鹽結(jié)晶析出，試樣結(jié)構(gòu)遭到鹽顆粒及相態(tài)變化的破壞，咬合摩擦力減小，內(nèi)摩擦角逐漸減小，土樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角隨含鹽量的增大而逐漸減小。朱學(xué)坤等[5]采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行剪切試驗(yàn)，推導(dǎo)硫酸鹽漬土的抗剪強(qiáng)度隨含鹽量、含水率和初始干密度3個(gè)影響因素的變化規(guī)律。在石油污染區(qū)域的土體修復(fù)處理中，采用固化處理比傳統(tǒng)的治理方法造價(jià)低，技術(shù)應(yīng)用范圍較廣，修復(fù)見效快，污染物不易遷移[6-9]。李敏等[10-11]通過無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)研究濱海新區(qū)石油污染鹽漬土，認(rèn)為石灰-粉煤灰聯(lián)合固化污染土后，污染土的抗壓強(qiáng)度增幅明顯。何中江等[12-13]通過室內(nèi)模擬干濕循環(huán)條件和凍融循環(huán)條件，通過無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)指標(biāo)研究固化石油污染土的力學(xué)特性。何小紅[14]以水泥作為柴油污染土的固化材料，借助擊實(shí)試驗(yàn)、壓縮性測(cè)試試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)研究固化柴油污染土的力學(xué)特性。已有研究多集中于鹽漬土的變形、凍脹、水動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域[15-18]，對(duì)不同含鹽量下的固化石油污染土的研究較少。

本文從道路工程角度出發(fā)，以實(shí)現(xiàn)石油污染土在路基填筑中的二次利用為導(dǎo)向，兼顧綠色發(fā)展要求，以石灰、粉煤灰為固化材料，針對(duì)濱海地區(qū)石油污染現(xiàn)狀，設(shè)定含鹽量為0～8%，通過三軸剪切試驗(yàn)評(píng)價(jià)石灰粉煤灰固化石油污染鹽漬土（簡(jiǎn)稱污染土）的力學(xué)強(qiáng)度變化規(guī)律，從宏觀與微觀角度分析含鹽量、石油質(zhì)量分?jǐn)?shù)、石灰和粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等影響因素與土樣抗剪強(qiáng)度間的關(guān)系，為石油污染土在路基填筑中的二次利用提供理論依據(jù)。

1?材料與方法

選取固化材料需充分考慮石油組分的復(fù)雜特征。石油是有機(jī)污染介質(zhì)，黏性大、密度小，油膜對(duì)環(huán)境變化較為敏感，石油滲入土中后改變土顆粒間的黏結(jié)力，土體的不穩(wěn)定性增大，易發(fā)生二次遷移并引發(fā)二次污染[19-21]。從綠色安全和經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，選擇石灰和粉煤灰作為固化材料。

1.1?試驗(yàn)材料

鹽漬土取自天津?yàn)I海新區(qū)，基本物理化學(xué)性質(zhì)如表1所示。

試驗(yàn)所用石油取自天津?yàn)I海新區(qū)大港某油田，深棕色，半流體狀，特殊氣味，密度為0.858 g/cm3。試驗(yàn)所用石灰固化材料取自天津薊縣，主要成分SiO2、CaO、MgO、SO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.08%、95.36%、0.68%、0.01%，熱失重為0.6%。粉煤灰取自天津楊柳青電廠，主要由煤灰和爐渣組成，主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、P2O5、TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為52.58%、30.32%、8.73%、2.33%、0.73%、0.84%、1.52%，平均比表面積為0.812 m2/g。

在固化污染土中，設(shè)計(jì)石灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為8%、10%、12%，粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 10%、20%、30%，石油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、4%、8%、12%，氯鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1%、3%、5%、8%，進(jìn)行試驗(yàn)試樣制備。

1.2?試驗(yàn)方法

采用剪切儀YS-1SZ-B1進(jìn)行剪切試驗(yàn)。通過膜具將套好橡膠皮套的試樣放在壓力室的底座上，用橡皮筋固定好；將壓力室與底座固定好，固定時(shí)注意壓力室罩和底座間的隔水圈不能偏離腰軌；將底座升高，應(yīng)力傳感器的示數(shù)開始增大時(shí)停止底座升高；打開注水閥，向壓力室內(nèi)部注入水，壓力室內(nèi)部注滿水后關(guān)閉頂部閥門；打開圍壓閥，在圍壓傳感器中輸入目標(biāo)圍壓，啟動(dòng)圍壓開關(guān)，施加圍壓到目標(biāo)圍壓；將豎向位移、應(yīng)力都調(diào)零后開始剪切試驗(yàn)；以0.1 mm/min的速度剪切試樣，直到形變15 mm終止剪切；試驗(yàn)結(jié)束后，把底座降至最低點(diǎn)，打開排水閥，將水排出壓力室，取出破壞后的試樣拍照。試驗(yàn)指定圍壓分別設(shè)為100、200、300、400 kPa，重復(fù)上述試驗(yàn)步驟。

通過制樣膜具制作不同含鹽量的最優(yōu)固化試樣，試樣高50 mm，直徑50 mm，制作完成后放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)28 d。將養(yǎng)護(hù)完成的試樣等分為3部分，在每部分試樣的內(nèi)部用切土刀切取5 mm×5 mm×10 mm的試樣，依次放入工作盤中噴金。將噴金后的試樣放在顯微鏡TM4000下觀察土樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析顆粒的大小、形狀及分布方式。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同含鹽量下污染土試樣的抗剪強(qiáng)度

2.1.1?石灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同

石油、粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%、20%，石灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1分別為8%、10%、12%時(shí)，不同含鹽量下污染土試樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角如表2所示。

由表2可知：污染土的黏聚力和內(nèi)摩擦角隨含鹽量的增大先小幅增大后減??；含鹽量為1%，石灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，污染土試樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角最大。

污染土含鹽量為0～1%時(shí)，孔隙水中溶解的離子濃度隨含鹽量的增大而增大，顆粒吸附的結(jié)合水減少，顆粒間的相互運(yùn)動(dòng)阻力增大，即摩擦力較大；隨含鹽量的繼續(xù)增大，土顆粒間的溶液飽和，鹽不能完全溶解而結(jié)晶，土顆粒間的結(jié)晶起骨架作用，這部分結(jié)晶鹽成為土樣固態(tài)的一部分，對(duì)土顆粒起膠結(jié)作用，增大土樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角。含鹽量為1%～8%時(shí)，土顆粒間發(fā)生鹽脹作用，土顆粒間的黏結(jié)作用減弱，黏聚力減小，固化土的抗剪強(qiáng)度隨含鹽量的增大而減小。隨含鹽量的持續(xù)增大，鹽脹作用更嚴(yán)重，土樣表面產(chǎn)生細(xì)小裂紋，土的密實(shí)度降低[22-23]。

2.1.2?粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同

石油、石灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%、10%，粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w2分別為10%、20%、30%時(shí)，不同含鹽量下污染土試樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角如表3所示。

由表3可知：污染土試樣的抗剪強(qiáng)度隨含鹽量的增大而先增大后減小。在粉煤灰作用下，含鹽量對(duì)污染土試樣的影響規(guī)律與石灰固化污染土試樣一致；含鹽量為1%的污染土的黏聚力和內(nèi)摩擦角均最大；粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，污染土的黏聚力和內(nèi)摩擦角均比粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、30%的污染土試樣大。因此，含鹽量為1%時(shí)，粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的污染土試樣的性能較好。

粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，含鹽量對(duì)試樣抗剪強(qiáng)度的變化影響不大，主要原因?yàn)殡S含鹽量的增大，結(jié)晶的鹽很難填充土顆粒間的孔隙，不能充分起到骨架的作用，土樣的抗剪強(qiáng)度受粉煤灰影響較大；粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～20%，鹽漬土中的氯離子有助于激發(fā)粉煤灰的活化速度，增強(qiáng)固化效果，且粉煤灰與土樣中水分相互作用，生成大量難溶的硅酸鹽膠體，附著于土樣顆粒表面，增強(qiáng)土樣的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，試樣抗剪強(qiáng)度增大；粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%，過量的粉煤灰難以和石灰充分反應(yīng)，土樣內(nèi)部的孔隙率增大，密實(shí)度減小，大量的火山灰產(chǎn)物積累在粉煤灰表面，試樣抗剪強(qiáng)度減小。

2.1.3?石油質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同

石灰、粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、20%，石油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w3分別為4%、8%、12%，不同含鹽量下污染土試樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角如表4所示。

由表4可知：隨含鹽量的增大，污染土試樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角均先小幅增大后穩(wěn)定減小；含鹽量為1%時(shí)，污染土的黏聚力和內(nèi)摩擦角最大；含鹽量為1%，石油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%、8%、12%時(shí)，污染土的黏聚力比含鹽量為0時(shí)分別增大18.2%、14.4%、5.8%。石油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，污染土的抗剪強(qiáng)度增幅最大。

石油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)，土顆粒表面未完全被油膜覆蓋，土中含鹽自由水對(duì)試樣的抗剪強(qiáng)度起主導(dǎo)作用，試樣中少量的石油起一定潤(rùn)滑作用，低含鹽量狀態(tài)下土樣縫隙內(nèi)的水膜相對(duì)較薄，對(duì)土樣的黏聚力影響也較??；隨石油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，污染土試樣內(nèi)部的油水比增大，土顆粒間的空隙中有相對(duì)較多的石油，石油的黏滯性發(fā)揮作用，同時(shí)含鹽量相對(duì)較高使土樣水膜變厚，土樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角均增大；隨石油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增大，土樣孔隙被石油完全充滿甚至出現(xiàn)溢油現(xiàn)象，弱化了土顆粒間的結(jié)合力，土顆粒間的相對(duì)滑動(dòng)更容易，含鹽量大的土樣發(fā)生鹽脹作用，土樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角均減小。

2.2?不同含鹽量的污染土試樣的應(yīng)力-應(yīng)變

2.2.1?石灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同

石油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，石灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1分別為8%、10%、12%，圍壓為200 kPa時(shí)，不同含鹽量下污染土試樣的應(yīng)力-應(yīng)變（σ-ε）曲線如圖1所示。

由圖1可知：污染土試樣的應(yīng)力均隨應(yīng)變的增大先快速增大到峰值后緩慢減小并趨于穩(wěn)定，土樣的破壞模式為應(yīng)變軟化型，說明土樣具有一定脆性。隨時(shí)間延長(zhǎng)，離子交換、重結(jié)晶、碳化及火山灰反應(yīng)增大了土樣顆粒與固化材料間的膠結(jié)力，土樣更密實(shí)，整體強(qiáng)度增大，曲線呈應(yīng)變軟化型的山峰狀。隨含鹽量的增大，鹽脹作用逐漸嚴(yán)重，試樣的破壞應(yīng)力減小，應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化變得平緩，試樣的脆性減弱。

含鹽量相同時(shí)，隨石灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，試樣的抗剪強(qiáng)度增大10%～33%，最大主應(yīng)力差約為773 kPa。含鹽量為0、1%、3%試樣的抗剪強(qiáng)度明顯大于含鹽量為5%、8%的試樣。含鹽量增大，土樣顆粒間的滑動(dòng)摩擦變大，內(nèi)摩擦角逐漸減小；當(dāng)含鹽量飽和時(shí)，鹽分結(jié)晶析出，試樣出現(xiàn)細(xì)小裂縫，土樣結(jié)構(gòu)破壞，試樣的抗剪強(qiáng)度隨含鹽量的增大而逐漸減小。

2.2.2?粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同

石油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，石灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w2分別為10%、20%、30%，圍壓為200 kPa時(shí)，不同含鹽量下污染土試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示。

由圖2可知：污染土試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均隨應(yīng)變的增大先快速增大到峰值后減小并趨于穩(wěn)定。含鹽量較小時(shí)，污染土試樣的破壞模式為應(yīng)變軟化型，說明粉煤灰的固化使試樣具有一定脆性；含鹽量較大時(shí)，應(yīng)力過峰值后曲線變得較平緩；最大應(yīng)力隨含鹽量的增大而減小。一般污染土試樣的破壞應(yīng)變?yōu)?%～4%，試驗(yàn)土樣在破壞后應(yīng)力持續(xù)下降，應(yīng)力的降幅隨應(yīng)變的增大而變得緩慢，并逐漸趨于穩(wěn)定。

含鹽量為0～3%時(shí)，粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由10%增至20%，試樣的抗剪強(qiáng)度增大30%～106%，最大主應(yīng)力差約為690 kPa。隨粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，活性SiO2、Al2O3、油水混合物和石灰水化生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，在土樣內(nèi)部生成網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，在粉煤灰的固化下適當(dāng)?shù)暮}量能提高石油污染土試樣的抗剪強(qiáng)度。

2.2.3?不同石油質(zhì)量分?jǐn)?shù)下污染土試樣的應(yīng)力-應(yīng)變分布

石灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，石油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w3分別為4%、8%、12%，圍壓為200 kPa時(shí)，不同含鹽量下污染土試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3所示。

由圖3可知：石油質(zhì)量分?jǐn)?shù)和含鹽量較小時(shí)，污染土試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均為先快速增大到峰值后緩慢減小，土樣的破壞模式為應(yīng)變軟化型，說明污染土試樣具有一定脆性。隨石油質(zhì)量分?jǐn)?shù)及含鹽量的增大，峰值點(diǎn)變得不明顯，污染土試樣石油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%、含鹽量為8%時(shí)，主應(yīng)力應(yīng)變呈硬化型，試樣的破壞形式變?yōu)樗苄云茐摹Ｊ唾|(zhì)量分?jǐn)?shù)和含鹽量較高的土樣應(yīng)尋求更合適的固化材料配比。

2.3?不同含鹽量下污染土試樣的破壞形態(tài)分析

含鹽量w4分別為0、1%、3%、5%、8%，石油、石灰、粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%、10%、20%，圍壓為200 kPa時(shí)試樣的破壞形態(tài)如圖4所示。由圖4可知：含鹽量較小時(shí)，多數(shù)試樣呈人字形脆性破壞，試樣的抗剪強(qiáng)度較大，孔隙水中溶解的離子濃度變高，顆粒吸附的結(jié)合水變少，顆粒間的相互運(yùn)動(dòng)阻力變大，摩擦力較大。隨含鹽量的增大，試樣的鹽脹作用更嚴(yán)重，試樣的破壞剪切面周圍產(chǎn)生許多微小裂紋。含鹽量為8%時(shí)，試樣的破壞未產(chǎn)生主剪切面，多數(shù)為不規(guī)則斜裂縫并伴隨微小裂縫。

石灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w1分別為8%、10%、12%，含鹽量為1%，石油、粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%、20%，圍壓為200 kPa的試樣的破壞形態(tài)如圖5所示。粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w2分別為10%、20%、30%，含鹽量為1%，石油、石灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%、10%，圍壓為200 kPa的土樣的破壞形態(tài)如圖6所示。

由圖5可知：試樣多數(shù)呈V字形破壞，即在主剪切破壞面破壞的同時(shí)，因剪切破壞時(shí)的連鎖反應(yīng)，衍生1條次破壞剪切面，試樣的破壞過程為脆性變形。石灰對(duì)試樣的抗剪強(qiáng)度提升較明顯，原因是石灰遇水生成腐蝕玻璃體的Ca（OH）2，釋放活性CaO、SiO2，生成水化硅酸鈣、水化硅酸鋁。

由圖6可知：粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)，破壞形態(tài)為中部鼓脹伴有少量裂縫；粉煤灰適量時(shí)，多數(shù)破壞形態(tài)為V字形，剪切破壞面較明顯，試樣的抗剪強(qiáng)度最大。試樣的抗剪強(qiáng)度提高原因是具有一定活性的粉煤灰細(xì)顆粒通過分子間吸引和化學(xué)鏈發(fā)生強(qiáng)結(jié)合，吸附能力增強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度增大。粉煤灰過量時(shí)，試樣出現(xiàn)較多豎向裂縫及細(xì)小裂縫，裂縫間出現(xiàn)剝落、起皮現(xiàn)象，完整性較差，試樣的抗剪強(qiáng)度較差，原因是過量的粉煤灰不能和石灰充分反應(yīng)，土樣內(nèi)部的孔隙率增大，密實(shí)度減小，固化土的抗剪強(qiáng)度減小。

石油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w3為0、4%、8%、12%，含鹽量為1%，石灰、粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、20%，圍壓為200 kPa的土樣的破壞形態(tài)如圖7所示。由圖7可知：素土的破壞形態(tài)為中部鼓脹，無(wú)明顯裂縫，抗變形能力極差，抗剪強(qiáng)度極低。石油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)，試樣的破壞形態(tài)表現(xiàn)為主剪切面斜向裂縫，試樣的抗剪強(qiáng)度較大，原因是土樣的內(nèi)部顆粒排布緊密，石灰粉煤灰也使試樣更密實(shí)，破壞面符合庫(kù)倫公式。隨石油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，試樣的薄弱面增多，破壞形態(tài)呈V形，主裂縫周圍伴隨細(xì)小裂縫，土樣中的水化產(chǎn)物減少，混合物間的結(jié)合力較弱，土顆粒表面的油膜作用使試樣的摩擦力減小，試樣的剪切破壞面增多。

結(jié)合試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和破壞形態(tài)分析，污染土在固化材料最優(yōu)狀態(tài)時(shí)，試樣的抗剪強(qiáng)度最大，呈脆性破壞且抗變形能力較小。固化材料超過臨界狀態(tài)時(shí)，試樣的抗剪強(qiáng)度逐漸變小，抗變形能力逐漸變大；當(dāng)含鹽量小于臨界點(diǎn)時(shí)，試樣的破壞呈脆性破壞；含鹽量大于臨界點(diǎn)時(shí)，隨含鹽量的增大，試樣的抗剪強(qiáng)度逐漸減小，抗變形能力逐漸增強(qiáng)，同時(shí)試樣的脆性降低、塑性增強(qiáng)，呈弱脆性并伴隨微小裂縫。

2.4?微觀結(jié)構(gòu)分析

土樣的微觀特征是決定其工程特性的本質(zhì)因素，可在微觀層面直觀反映其力學(xué)特性的演變機(jī)制，有助于解釋含鹽量對(duì)土樣結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理。以不同含鹽量的污染土為研究對(duì)象，通過掃描電鏡試驗(yàn)觀察土顆粒的形狀、大小和顆粒單元體間的排列、接觸方式，以及固化產(chǎn)物的膠結(jié)形式、填充形態(tài)等，為宏觀力學(xué)性質(zhì)變化提供科學(xué)的理論依據(jù)。不同含鹽量下污染土的微結(jié)構(gòu)掃描電鏡照片如圖8所示。

如圖8a）所示，含鹽量為0時(shí)，土樣碎屑物質(zhì)較多，土顆粒間存在較大空洞，顆粒的排列也較松散，大多為點(diǎn)點(diǎn)、點(diǎn)面接觸形式，土顆?？障堕g主要為石灰、粉煤灰與石油結(jié)合生成的絮狀產(chǎn)物，土樣的力學(xué)性能主要受固化材料的影響。如圖8b）所示，含鹽量為1%時(shí)，土樣中碎屑物質(zhì)較少，氯鹽結(jié)晶逐漸析出，結(jié)晶體與石油、石灰、粉煤灰反應(yīng)生成的纖維及絮狀物緊密聯(lián)結(jié)，土樣空隙較小，土顆粒排列非常緊密，形成較穩(wěn)定的聯(lián)結(jié)，說明含鹽量為1%時(shí)，結(jié)晶后存在氯鹽，土顆粒間溶液的離子濃度和骨架作用影響污染土的整體力學(xué)性質(zhì)，土樣力學(xué)性能提升。如圖8c）～e）所示，含鹽量不小于3%時(shí)，土樣中大塊碎屑物質(zhì)增多，土樣中的氯鹽大量結(jié)晶析出，土顆粒間出現(xiàn)層理性的針棒狀結(jié)構(gòu)，土樣鹽脹作用逐漸明顯，土樣空隙增大，顆粒間排列松散無(wú)序，根據(jù)土樣微結(jié)構(gòu)直觀特征，含鹽量不小于3%時(shí)，土顆粒間的過量氯鹽結(jié)晶體呈針棒狀向四周擠壓放射，間接導(dǎo)致土樣內(nèi)部顆粒間的空隙變大，減弱土樣的力學(xué)性質(zhì)。

3?結(jié)論

1）含鹽量相同時(shí)，石油污染鹽漬土在不同的石灰、粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)固化下存在臨界點(diǎn)且抗剪強(qiáng)度最大；污染土的抗剪強(qiáng)度在含鹽量為0～1%時(shí)增大，含鹽量為1%～8%時(shí)持續(xù)減小。

2）含鹽量小于5%時(shí)，污染土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均存在上升階段、峰值點(diǎn)和下降階段，破壞模式為應(yīng)變軟化型，污染土有一定脆性，抗變形能力較弱；含鹽量不小于5%時(shí)，試樣的脆性減弱，抗變形能力增強(qiáng)。含鹽量較低時(shí)，多數(shù)土樣加載圍壓后呈人字形脆性破壞，試樣的抗剪強(qiáng)度較大。隨含鹽量的增大，試樣的鹽脹作用更嚴(yán)重，試樣的破壞剪切面周圍產(chǎn)生許多微小裂紋，大大降低固化土的抗剪強(qiáng)度。

3）從不同含鹽量下土樣微觀結(jié)構(gòu)的照片可知，污染土微結(jié)構(gòu)特征和宏觀土樣抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的變化規(guī)律一致。

參考文獻(xiàn)：

[1]?席人雙.含鹽量對(duì)鹽漬土力學(xué)特性的影響[J].鐵道建筑，2016（10）：86-88.

[2]?張飛，胡小慶，劉亞薇，等.含鹽量對(duì)硫酸鹽漬土抗剪強(qiáng)度影響試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑，2014（6）：162-164.

[3]?陳煒韜，王明年，王鷹，等.含鹽量及含水量對(duì)氯鹽鹽漬土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的影響[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2006，27（4）：1-5.

[4]?呂前輝，柴壽喜，李敏.多因素影響下石灰固化鹽漬土抗剪性能的試驗(yàn)研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2017，44（6）：89-95.

[5]?朱學(xué)坤，王富強(qiáng)，李央，等.硫酸鹽漬土抗剪特性的單因素影響規(guī)律研究[J].湖南交通科技，2019，45（4）：1-6.

[6]?KARAMALIDIS A K， VOUDRIAS E A. Cement-based stabilization/solidification of oil refinery sludge：leaching behavior of alkanes and PAHs[J].Journal of Hazardous Materials， 2007， 148（1/2）：122-135.

[7]?BARBOSA R， LAPA N， LOPES H， et al. Stabilization/solidification of fly ashes and concrete production from bottom and circulating ashes produced in a power plant working under mono and co-combustion conditions[J].Waste Management， 2011， 31（9/10）：2009-2019.

[8]?CUISINIER O， BORGNE T L， DENEELE D， et al. Quantification of the effects of nitrates， phosphates and chlorides on soil stabilization with lime and cement[J].Engineering Geology， 2011，117（3/4）：229-235.

[9]?DU Y J， JIANG N J， SHEN S L， et al. Experimental investigation of influence of acid rain on leaching and hydraulic characteristics of cement-based solidified/stabilized lead contaminated clay[J].Journal of Hazardous Materials， 2012， 225 （10）：195-201.

[10]?李敏，王宸，杜紅普，等.石灰粉煤灰聯(lián)合固化石油污染濱海鹽漬土的力學(xué)特性[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2017，36（增刊1）：3578-3586.

[11]?李敏，杜紅普，李達(dá).多場(chǎng)耦合作用下粉煤灰對(duì)石油的吸附性能及石灰粉煤灰固化石油污染土的可行性[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，44（4）：78-82.

[12]?何中江，柴壽喜，李敏.干濕循環(huán)對(duì)石灰粉煤灰固化石油污染土抗壓強(qiáng)度的影響[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2018，26（2）：438-444.

[13]?何中江，柴壽喜，李敏.凍融循環(huán)對(duì)二灰固化石油污染土抗壓特性的影響[J].天津城建大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，23（6）：423-427.

[14]?何小紅.長(zhǎng)春地區(qū)柴油污染土性質(zhì)及水泥固化效果研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2015.

[15]?張恒，黃俊光，李偉科，等.電滲-氯化鈣對(duì)硫酸鈉鹽漬土變形的影響[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，51（4）：53-60.

[16]?侯兆領(lǐng).壓實(shí)度及含水率對(duì)鹽漬土凍脹規(guī)律影響試驗(yàn)研究[J].公路，2023，68（3）：316-320.

[17]?祝瑜，褚琳琳，朱文東，等.濱海鹽漬土土壤物化性質(zhì)與水動(dòng)力學(xué)性質(zhì)變異[J].水土保持學(xué)報(bào)，2022，36（6）：379-386.

[18]?周純秀，崔洪海，張中麗，等.改良碳酸鹽漬土路基填料的力學(xué)性質(zhì)[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，54（9）：93-100.

[19]?王選倉(cāng)，李振霞，薛暉.石灰粉煤灰穩(wěn)定低液限粉土底基層性能研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2007，40（2）：88-91.

[20]?夏瓊，楊有海，耿煊.粉煤灰與石灰、水泥改良黃土填料的試驗(yàn)研究[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（3）：40-43.

[21]?張志權(quán)，石堅(jiān)，張平印.二灰黃土強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2006，32（5）：126-129.

[22]?RAHMAN Z， HAMZAH U， TAHA M R， et al. Influence of oil contamination on geotechnical properties of basaltic residual soil[J].American Journal of Applied Sciences， 2010， 7（7）：954-961.

[23]?陳煒韜，王明年，王鷹，等.含鹽量及含水量對(duì)氯鹽鹽漬土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的影響[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2006，27（4）：1-5.

Experimental research on shear strength performance of lime-fly

ash solidified petroleum-contaminated soil with different salt contents

HAO Zhonghua， NIU Wanyu， AN Peilei*， YAN Shaomin

Tianjin Transportation Science Research Institute， Tianjin 300300， China

Abstract：To study the shear characteristics of petroleum-contaminated soil， using coastal saline soil with different salt contents as the research object， mechanical strength performance tests and microscopic analysis are conducted on stone-stabilized petroleum-contaminated soil with lime and fly ash. The research results indicate that with increasing salt content， the cohesion and internal friction angle of lime-fly ash stabilized petroleum-contaminated soil （referred to as contaminated soil） first increase and then decrease. At the same salt content， the cohesion and internal friction angle of contaminated soil first increase and then decrease with increasing mass fractions of lime and fly ash， while decreasing with increasing oil mass fraction. As the salt content is 1% with oil， fly ash， and lime mass fractions of 4%， 20%， and 10% respectively， the cohesion and internal friction angle of contaminated soil are maximized. The stress-strain curve of contaminated soil increases and then decreases and stabilizes under different lime， fly ash， and oil mass fractions. The microstructural characteristics of contaminated soil under different salt contents are consistent with the variation of macroscopic shear strength parameters.

Keywords：petroleum-contaminated soil; lime-fly ash stabilized soil; coastal saline soil; shear strength; microstructure

（責(zé)任編輯：王惠）

收稿日期：2023-04-20

第一作者簡(jiǎn)介：郝中華（1991—），男，山西大同人，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)槁坊访娼Y(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變分析，E-mail： 290413525@qq.com。

*通信作者簡(jiǎn)介：安培磊（1996—），男，山西朔州人，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)楣窐蛄?、隧道檢測(cè)技術(shù)、BIM二次開發(fā)及裝配式技術(shù)研究等，E-mail：1418969476@qq.com。

DOI：10.3969/j.issn.1672-0032.2024.02.005