冻融循环下石灰改良加拿大魁北克粉质黏土力学性能的实验研究

针对寒区土壤冻融损伤导致基础设施稳定性下降的问题，研究人员通过模拟冻融循环（F-T）条件，系统探究了石灰改良加拿大北部粉质黏土的力学性能演变规律。结果表明，石灰处理显著提升土体无侧限抗压强度（UCS）和间接抗拉强度，虽经10次F-T循环后强度出现恢复趋势，但环境湿度敏感性仍需关注。该研究为寒区工程土壤改良提供了重要数据支撑。

　　

在广袤的寒带地区，冻融循环如同无形的雕刻刀，年复一年地重塑着土壤的力学特性。道路龟裂、管道变形、路基沉降——这些基础设施的"季节性病症"背后，是冻融作用下土壤结构的持续恶化。尽管石灰稳定技术（Lime Stabilization）早已被用于改善温带地区土壤工程性能，但在年均气温低于零度的亚北极带，其有效性始终笼罩在科学迷雾中。加拿大魁北克地区的粉质黏土（Silty Clay）作为典型寒区土质，其石灰改良后的力学行为演变规律亟待破解。

为揭开这一谜题，来自加拿大研究团队在《Environmental Geotechnics》发表的研究中，设计了一套严密的实验方案。研究者采集加拿大北部原生粉质黏土，添加石灰后控制28天标准养护期（恒定温湿度），随后采用自主研发的测试系统，结合冻融循环（F-T）次数（0-10次）、加载速率（0.5-2 mm/min）等变量，系统测定无侧限抗压强度（Unconfined Compressive Strength, UCS）和双冲试验（Double-punch Test）间接抗拉强度。

力学性能的冻融响应规律
通过对比自然土与石灰处理土发现，3%石灰添加使UCS提升达300%，证实石灰通过离子交换和胶结作用显著改善土体结构。冻融循环前10次导致强度持续衰减，UCS最大降幅达45%，但10次循环后出现强度回升现象，推测与孔隙冰的定向结晶有关。

湿度敏感性的新发现
暴露于环境湿度条件下，石灰处理土强度会出现20%波动，但始终维持高于自然土2倍以上的UCS值。这表明虽然水分子会部分破坏石灰-黏土复合结构，但整体稳定性仍远优于未处理土体。

双冲试验的方法学价值
研究创新性采用双冲试验捕捉脆性拉伸行为，该技术较传统巴西劈裂法更适用于改良土的断裂特性分析，为冻融损伤评估提供了新工具。

这项研究首次量化了亚北极带石灰改良土的冻融耐久性阈值（10次循环），其揭示的强度恢复现象为寒区工程维护周期制定提供了理论依据。尽管湿度敏感性提示需要优化养护工艺，但石灰处理使土体在极端环境下仍保持优越的力学稳定性，这对加拿大北部及类似气候区的道路、管道基础建设具有重大实践价值。研究团队特别指出，未来需结合X射线断层扫描等技术，进一步揭示冻融过程中微观结构的动态演变机制。