长沙理工大学课题组近日在《Cold Regions Science and Technology》期刊发表了题为“Research on the dynamic and deformation characteristics of unsaturated frozen sulfate saline red clay”（非饱和冻结硫酸盐盐渍红黏土的动力与变形特性研究）的学术文章。本研究联合低温动三轴仪与温控平台，对硫酸盐污染冻结红黏土在循环荷载下的动模量、滞回耗能及塑性应变进行系统测试，揭示盐-水-冰耦合作用对动力特性的影响规律，为季冻区路基抗震设计提供参数依据。
https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2025.104666
*论文版权归原作者和出版方所有，本文仅为学习交流。
以下是对这项成果的简要介绍：
论文摘要
负温环境下，盐渍土内部水分与盐分分别结晶成冰、成盐，诱发反复冻胀-盐胀，并在温度波动与动载耦合作用下产生差异沉降。为阐明循环荷载下冻土路基的动力特性，系统改变围压、含水率与含盐量对非饱和硫酸盐污染红黏土开展系列动三轴试验，。
结果表明：适量盐分可提升土体结构刚度——动弹性模量Ed提高8%，滞回圈面积缩减36.30%，显著抑制塑性变形；动模量随围压升高呈“增-减-增”非线性变化。含水率增加促使更多水分转冰。采用熵权-秩和比(RSR)法综合评价动模量、滞回圈面积与应变速率，确定最优试验组合：围压300 kPa、含水率18%、含盐量1%，此时RSR=0.844，应变速率最低0.008 mm/s，动模量达最大值19 GPa，能量耗散适中(110 MPa)。
试验设备
本研究使用了GDS低温高压动静态三轴测试系统ELCTAS等设备。
长沙理工大学 控温动静三轴ELCTAS(HLF100kN)
相关图表
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图 1 冻胀和盐胀引起的破坏示意图
图 2 红黏土颗粒级配曲线
图 3 试验设备与试样制备
图 4 分级循环加载曲线
图 5 不同含盐量下的滞后回线曲线：(a)-(f) 围压 = 300kPa
图 6 不同围压下的滞后回线曲线：(a)-(c) 含盐量均为 1%；(d) 无盐含量
图 7 理想滞后回线
图 8 实际滞后回线
图 9 多级加载下的动弹性模量曲线：(a)-(b) 荷载低于 500kPa；(c)-(d) 荷载高于 500kPa
图 10 不同围压下的动弹性模量曲线
图 11 不同含水量下的动弹性模量曲线
图 12 拟合效果图
研究结论
（1）盐分对冻土结构稳定性的提升效应显著。试验结果显示，当含盐量控制在1%时，冻结阶段冰晶与土颗粒可共同构建复合胶结基质，土体刚度随之增大，滞后回线面积明显缩小，循环动力荷载作用下的塑性变形与能量耗散速率被有效压低，进而强化土体的动力韧度与力学稳定性。
（2）动弹性模量伴随围压增加呈非线性演化：先升高、后降低、最终再度上扬。初期围压压缩孔隙裂隙，颗粒间摩擦与接触刚度得到增强；中期围压诱发局部结构松弛，冰晶效应削弱，模量随之下降；更高围压下胶结作用被重新唤醒，微观结构完成重组，模量恢复升势。
（3）含水量对动力响应的调控核心在于其冰晶生成潜力。含水率越高，冻结过程中未冻水转化为冰晶的比例越大，冰、土颗粒与盐晶间的胶结界面随之扩张，土体初始刚度显著提高，动弹性模量开始下降的拐点亦被推迟。
（4）应变率仍是掌控冻土动力稳定性的首要指标。通过熵权-秩和比（RSR）法综合评价可知，应变率在诸因素中所占权重最大，凸显其对整体稳定性的关键意义。较低的应变率对应更为平缓的变形曲线、更完整的结构形态以及更优的抗疲劳表现，尤其在盐-冰-土颗粒形成多相胶结体系时，该优势更为突出。
