石灰-粉煤灰固化盐渍土的力学性能及微观特征研究

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0212

硅酸盐通报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (9): 3151-3162.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0212

石灰-粉煤灰固化盐渍土的力学性能及微观特征研究

陈飞¹(), 赵翃婷¹(), 武小鹏²^,³, 栗晓林²^,³^,⁴, 王飞⁴

^1.嘉兴南湖学院建筑工程学院，嘉兴 314001
^2.嘉兴大学建筑工程学院，嘉兴 314001
^3.嘉兴大学G60科创走廊产业与创新研究院，嘉兴 314001
^4.中国科学院西北生态环境资源研究院，冰冻圈科学与冻土工程全国重点实验室，兰州 730000

收稿日期:2026-03-09 修订日期:2026-04-28 出版日期:2026-09-15 发布日期:2026-10-09
通信作者: 赵翃婷，博士，讲师。E-mail：zhaohongting@lzb.ac.cn
作者简介:陈飞（1983—），女，讲师。主要从事道路与桥梁工程方面的研究。E-mail：chenfei@jxnhu.edu.cn
基金资助:
嘉兴市青年人才专项项目(2024AY40020);嘉兴市青年人才专项项目(2024AY40036);嘉兴市社会发展专项项目(2025BS001)

Mechanical Properties and Microscopic Characteristics of Lime-Fly Ash-Solidified Saline Soil

CHEN Fei¹(), ZHAO Hongting¹(), WU Xiaopeng²^,³, LI Xiaolin²^,³^,⁴, WAMG Fei⁴

^1.School of Civil Engineering and Architecture，Jiaxing Nanhu University，Jiaxing 314001，China
^2.College of Civil Engineering and Architecture，Jiaxing University，Jiaxing 314001，China
^3.G60 STI Valley Industry and Innovation Institute，Jiaxing University，Jiaxing 314001，China
^4.State Key Laboratory of Cryospheric Science and Frozen Soil Engineering，Northwest Institute of Eco-Environment;and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

Received:2026-03-09 Revised:2026-04-28 Published:2026-09-15 Online:2026-10-09

摘要/Abstract

摘要：

本文通过无侧限压缩试验和直剪试验研究了石灰-粉煤灰固化杭州湾地区盐渍土的力学性能，分析了含盐量和养护龄期对石灰、粉煤灰固化效果的影响规律，并结合扫描电子显微镜（SEM）和压汞法孔隙率测试（MIP）揭示了石灰-粉煤灰固化盐渍土（二灰土）的微观结构特征。结果表明，盐渍土的无侧限抗压强度、切线模量、应变比能均随含盐量的增加呈先增大后减小的变化趋势，认为含盐量对盐渍土力学性能的影响存在最优掺量；掺入石灰、粉煤灰后，二灰土的力学性能大幅提升，基本上随含盐量和养护龄期的增加而增强，但含盐量超过1%（质量分数）后，无法进一步显著提升二灰土的力学性能。基于微观试验结果，发现石灰、粉煤灰能够有效地改善盐渍土的孔隙结构特征，二灰土的孔容积、中值孔径、平均孔径、孔隙率、分形维数等参数均小于盐渍土，土体堆积密度由1.41 g/cm³增加到1.47 g/cm³，这些参数能够更好地揭示二灰土微观结构特征和宏观力学性能之间的关系。研究成果可为二灰土在杭州湾地区实际工程中的应用提供科学参考。

关键词: 石灰, 粉煤灰, 盐渍土, 含盐量, 养护龄期, 力学性能, 微观结构特征

Abstract:

To investigate the mechanical properties of lime-fly ash-solidified saline soil in the Hangzhou Bay area， this study conducted unconfined compression tests and direct shear tests， the influences of salt content and curing age on the solidification effect of lime and fly ash were analyzed. Furthermore， the scanning electron microscopy （SEM） and mercury intrusion porosimetry （MIP） tests were employed to reveal the microstructural characteristics of lime-fly ash-solidified saline soil （lime-fly ash soil）. The results show that the unconfined compressive strength， tangent modulus， and strain energy density of saline soil all initially increase and then decrease with the rise of salt content. Therefore， it can be inferred that there exists an optimal salt content regarding the influence of salt content on the mechanical properties of saline soil. The mechanical properties of lime-fly ash soil are significantly improved after the incorporation of lime and fly ash. They generally increase with rising salt content and curing age， however， a salt content exceeding 1% （mass fraction） does not lead to a further significant enhancement of these properties. Based on the microscopic test results， it is found that lime and fly ash can effectively improve the pore structure characteristics of saline soil. The pore volume， median pore diameter， average pore diameter， porosity， and fractal dimension of lime-fly ash soil are all lower than those of saline soil， and the bulk density of soil increases from 1.41 g/cm³ to 1.47 g/cm³. These parameters provide a better understanding of the relationship between the microstructural characteristics and macroscopic mechanical properties of lime-fly ash soil. The research results can provide a scientific reference for the application of lime-fly ash soil in practical engineering in the Hangzhou Bay area.

Key words: lime, fly ash, saline soil, salt content, curing age, mechanical property, microstructural characteristics

中图分类号:

TU448

陈飞, 赵翃婷, 武小鹏, 栗晓林, 王飞. 石灰-粉煤灰固化盐渍土的力学性能及微观特征研究[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(9): 3151-3162.

CHEN Fei, ZHAO Hongting, WU Xiaopeng, LI Xiaolin, WAMG Fei. Mechanical Properties and Microscopic Characteristics of Lime-Fly Ash-Solidified Saline Soil[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(9): 3151-3162.

图/表 23

图1 土样的粒径分布曲线

Fig.1 Particle size distribution curve of soil sample

表1 土样的基本物理性能

Table 1 Basic physical properties of soil sample

Category	Liquid limit/%	Plastic limit/%	Maximum dry density/（g·cm^-3）	Optimum moisture content/%	Plasticity index
Silty clay	37.51	23.06	1.69	19.56	14.45

表2 土样的主要化学组成

Table 2 Main chemical composition of soil sample

Composition	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	K₂O	MgO	Na₂O	TiO₂	P₂O₅	SO₃	Other
Mass fraction/%	67.56	17.19	5.10	2.60	2.51	1.59	0.80	0.18	0.18	2.29

表3 土样的易溶盐含量测定结果

Table 3 Soluble salt content determination results of soil sample

Ion	Na⁺	K⁺	Mg²⁺	Ca²⁺	Cl^-	SO $4 2 -$	HCO $3 -$
Content/（mg·g^-1）	0.03	0.02	0.03	0.15	0.03	0.10	0.29

表3 土样的易溶盐含量测定结果

Table 3 Soluble salt content determination results of soil sample

Ion	Na⁺	K⁺	Mg²⁺	Ca²⁺	Cl^-	SO $4 2 -$	HCO $3 -$
Content/（mg·g^-1）	0.03	0.02	0.03	0.15	0.03	0.10	0.29

表4 熟石灰的物理性能

Table 4 Physical properties of slaked lime

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Salt content/%	Unconfined compressive strength/kPa	Tangent modulus/MPa	Strain energy density/（kJ·m^-3）
0	144.60	7.27	2.80
1	184.55	9.70	3.03
2	182.40	9.35	2.71

Salt content/%	Unconfined compressive strength/kPa	Tangent modulus/MPa	Strain energy density/（kJ·m^-3）
0	144.60	7.27	2.80
1	184.55	9.70	3.03
2	182.40	9.35	2.71

Salt content/%	Fitting formula	R²	Cohesion/kPa	Internal friction angle/（°）
0	τ=33.33+0.50σ	0.99	33.33	26.57
1	τ=35.97+0.49σ	0.99	35.97	25.99
2	τ=38.60+0.36σ	0.99	38.60	19.78

Salt content/%	Fitting formula	R²	Cohesion/kPa	Internal friction angle/（°）
0	τ=33.33+0.50σ	0.99	33.33	26.57
1	τ=35.97+0.49σ	0.99	35.97	25.99
2	τ=38.60+0.36σ	0.99	38.60	19.78

Salt content	Variation in unconfined compressive strength/kPa
Salt content	3 d	7 d	14 d
From 0% to 1%	63.41	373.53	809.44
From 1% to 2%	62.57	51.50	16.58

石灰-粉煤灰固化盐渍土的力学性能及微观特征研究

Mechanical Properties and Microscopic Characteristics of Lime-Fly Ash-Solidified Saline Soil

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Curing age/d	Variation in cohesion/kPa
Curing age/d	0% salt content	1% salt content	2% salt content
0~3	104.98	152.64	179.24
3~7	6.05	26.31	36.55
7~14	19.68	84.22	85.38

Soil	<0.01 μm	0.01~<0.1 μm	0.1~<1 μm	1~<10 μm	10~<100 μm	≥100 μm
Saline soil	0.95	10.28	24.38	18.71	14.08	31.59
Lime-fly ash soil	0.46	17.47	23.25	29.78	4.58	24.47

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