滨海相盐渍土是经过海水长期浸湿、淋滤形成的，含盐成分与海水一致，以NaCl为主，通常含有较多的粉粒与黏粒^[1]。滨海相盐渍土的孔隙水中含有大量的Na⁺，K⁺，Ca²⁺，Mg²⁺等可溶盐离子，造成盐渍土的特殊工程性质，主要有盐渍土地基溶陷和盐胀性^{[2, 3]}、盐渍土的腐蚀性^{[4, 5, 6]}等，对盐渍土工程性质研究的成果比较多。

滨海相盐渍土中的可溶性盐遇水溶解，盐离子浓度减小，强度降低，盐渍土孔隙溶液中离子浓度对盐渍土的强度有显著影响。郭菊彬等^[7]在青海格尔木市郊盐渍土中加入不同盐类和含量的氯盐和硫酸盐，发现盐渍土的黏聚力和内摩擦角与含盐量和含水量之比存在良好的线性关系。徐安花和房建宏^[8]在上海亚黏土中掺入NaCl，Na₂SO₄，Na₂CO₃和H₂O配制不同含盐类型和含盐量的盐渍土，含盐类型、含盐量和含水量对盐渍土的内摩擦角影响小、对黏聚力影响大，对黏聚力影响顺序为：Na₂SO₄＜NaCl＜Na₂CO₃＜含水量。陈炜韬等^[9]根据室内试验结果，采用双电层理论分析了含盐量和含水量对氯盐盐渍土剪切强度的影响机理，含盐量一定，随着含水量的增大，土粒间离子的浓度逐渐减小，使得扩散层厚度增大，黏结力减小；氯盐盐渍土剪切强度随着CaCl₂含量增加先减小后增大，达到最小值的含盐量为10.36%。梁健伟等^[10]根据不同孔隙溶液离子浓度的人工土进行常规直剪试验结果，建立剪切强度与表面电位间的关系，解释了盐离子浓度对剪切强度影响机理，可溶盐离子通过扩散双电层改变土颗粒表面电位，结合水膜厚度变化引起盐渍土强度变化。Ou等^[11]采用CaCl₂加固软黏土，7 d龄期的无侧限抗压强度增加400%，加固时间缩短40%。Jayasekera和Hall^[12]用石灰水和清水充填粉土和黏土孔隙，粉土和黏土的无侧限抗压强度都有增加，黏土强度增加幅度大。Holthusen等^[13]黏土孔隙溶液中K⁺离子浓度越大，黏土团粒的剪切强度越大，孔隙溶液中KCl浓度由0增加大1 mol/L，黏土团粒的剪切强度由70 Pa增加到272 Pa，增加近4倍。深海钻探试样的压缩指数随着碳酸盐含量增加而减小、内摩擦角随碳酸盐含量的增加而增加^[14]。

盐渍土的剪切强度与易溶盐的相态密切相关，王春雷等^[15]采用环境扫描电子显微镜和X射线能谱（EDX）探讨了易溶盐析晶对盐渍土强度的影响，析晶前为盐-土混溶态包裹土团粒结构，析晶后为晶体-土粒共混结构使土体强度显著提高。Hivon和Sego^[16]分析了冻结砂的抗压强度与盐溶液含量的关系，抗压强度随盐溶液含量增加而减小，含盐砂的强度主要取决于结晶盐含量。盐离子浓度对盐渍土强度的影响主要通过双电层厚度变化体现，盐离子与黏土的相互作用能用双电层理论解释，粉土和砂的双电层作用不明显。本文在启东粉土和淮安黏土中人为添加NaCl，配制不同含盐量的盐渍土，研究NaCl溶液浓度对含盐粉土和黏土剪切强度的影响，并分别用非饱和土基质吸力、溶质吸力和双电层理论解释盐渍土的强度机理。

为研究盐溶液浓度对盐渍土强度的影响，试样采用人工土制备。采用启东粉土和淮安黏土用于人工配制盐渍土，启东粉土的塑性指数为10左右，液限为27%；淮安黏土的塑性指数为20左右，液限为40%。启东粉土和淮安黏土的颗分曲线和塑性图分类如图 1所示，启东粉土在塑性分类图上落在粉土和细砂的混合位置。NaCl含量（S）分别为0，2%，4%，6%，8%和10%，启东粉土的干密度为1.4 g/cm3，含水量为12%；淮安黏土的干密度为1.6 g/cm3，含水量为16%。

图 1 试验用土的颗粒分布和塑性分类图 Fig. 1 Particle distribution and plastic classification plot of test soils

盐渍土的剪切强度采用三速电动等应变直剪仪量测。在直剪试验中，人工配制盐渍土的含盐量分5个等级，每种含盐等级的人工盐渍土制成4个相同的试样，分别施加50，100，200 kPa和400 kPa竖向压力，剪切速率为0.8 mm/min。采用固结快剪法进行试验，试验仪器及操作步骤按照《土工试验方法标准》（GB/T 50123—1999）中的相关规定进行，各试样的试验条件保持一致。

盐渍土试样采用控制分层高度的击样器制样，如图 2所示，分5层加料击实，击实成型高80 mm，直径39.1 mm的圆柱体试样。

图 2 三轴试样击样器 Fig. 2 Traxial sample compacter

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图 3为人工配制含盐粉土在直剪过程中的剪切应力-剪切位移图。图 2比较了不同含盐量粉土的剪切强度。从图中可以看出，当含盐量为10%的试样剪切强度明显大于0%含盐量的试样的剪切强度：垂直压力为p=100 kPa和200 kPa的试验中，两种含盐量试样的破坏形式均表现为脆性破坏；垂直压力为p=400 kPa的试验中，10%含盐量试样的破坏形式表现为脆性破坏，不含盐试样的破坏形式均表现为塑性破坏，含盐量影响试样的破坏形式。土样含水量为12%，含盐量为10%的试样中氯化钠含量超过土中水的溶解度，氯化钠以晶体的形式存在于粉土中，成为粉土骨架结构的一部分，对土颗粒起着胶结作用，土的剪切强度增大，结晶后的盐相当于土粒，10%含盐量的试样相当于密砂，表现为脆性破坏。

图 3 盐渍土的剪切应力-剪切位移关系曲线 Fig. 3 Curves of shear stress vs. shear displacement of saline soil

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盐渍土的剪切强度采用直剪试验测量。直剪试验测量剪切强度受剪切速率影响，一般情况下，快剪时土的抗剪强度低，慢剪时高，固结快剪居中。故土工规程中规定快剪应在3～5 min剪破。

不同含盐量粉土的剪切强度与正应力的比随含盐量变化如图 4所示，剪切强度与正应力之比等于内摩擦角的正切值，剪切强度与正应力拟合直线在剪切应力轴上的截距等于黏聚力，由此得到盐渍土的内摩擦角和黏聚力。图 4(a)是由启东粉土人工配制的盐渍土的剪切强度与含盐量的关系，试样的干密度为1.4 g/cm3，含盐量（S）分别为0，2%，4%，6%，8%和10%，试样初始含水量为12%，随着含盐量增加，盐渍土的剪切增加。图 4(b)中是由启东粉土人工配制的盐渍土的剪切强度与含水量的关系，试样的干密度为1.4 g/cm3，试样含盐量为4%，含水量分别为8.6%，10%，12%，14%和16%，随着含水量增加，盐渍土的剪切减小。

图 4 人工配制含盐粉土的剪切强度与 正应力的关系（单位：kPa) Fig. 4 Relationship between shear strength and normal stress of artificial saline silt（unit:kPa�

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图 5是由淮安黏土配制的盐渍土，干密度为1.6 g/cm3，含水量为16%，含盐量分别为0，2%，4%，6%，8%和10%。随着含盐量增加，盐渍土的剪切增加，剪切强度增加主要反映在黏聚力上，内摩擦角基本不变（图中直线斜率基本不变，表明内摩擦角不变）。

图 5 盐渍土的剪切强度与正应力的关系 Fig. 5 Relationship between shear strength and normal stress of saline soils

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盐渍土的内摩擦角和黏聚力与盐离子浓度的关系如图 6所示，溶液浓度达到6 mol/kg，NaCl开始结晶，将含盐量转换成盐离子浓度。图 6(a)是粉土盐渍土的内摩擦角和黏聚力与盐离子浓度的关系，从图 6(a)中看出，含水量为12%的盐渍土，盐离子浓度小于6 mol/kg，内摩擦角和黏聚力基本不变；盐离子浓度大于6 mol/kg，盐渍土的内摩擦角和黏聚力随含盐量增加而增加。盐离子浓度小于6 mol/kg，盐溶解于孔隙水中，即使有部分盐结晶，但结晶量少，不足以影响盐渍土的内摩擦角和黏聚力；盐离子浓度大于6 mol/kg时，结晶盐与土粒共混，易溶盐结晶成聚集状态，盐渍土的黏聚力增加，固体盐粒充填在盐渍土的孔隙中，盐渍土的密实度增加，引起内摩擦角增加。含盐量为4%的盐渍土，盐离子浓度小于6 mol/kg，内摩擦角基本不变化；盐离子浓度大于6 mol/kg，内摩擦角随盐离子浓度增加而增加。盐离子浓度为4%的盐渍土的黏聚力随盐离子浓度增加而增加，由于4%含盐量的盐渍土的含水量是变化的，基质吸力变化，黏聚力变化与基质吸力有关。图 6(b)是黏土盐渍土，盐离子浓度小于6 mol/kg，内摩擦角基本不变化；盐离子浓度大于6 mol/kg，内摩擦角随盐离子浓度增加而增加。黏聚力随盐离子浓度而增加，盐离子浓度大于6 mol/kg，黏聚力随盐离子浓度增加的幅度增加。

图 6 盐渍土的黏聚力和内摩擦角与盐离子浓度的关系 Fig. 6 Relationship of cohesion and internal frictional angle with salt ion concentration of saline soils

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从图 6中看出，粉土和黏土盐渍土的内摩擦角随盐离子浓度的变化规律是相同的，内摩擦角在盐结晶后才开始增加，内摩擦角增加的原因是盐渍土的密实度增加和盐结晶胶结作用。粉土盐渍土的黏聚力随盐离子浓度的变化规律与黏土盐渍土的不同，盐离子浓度对粉土盐渍土的黏聚力影响不大，盐结晶后，起到胶结、充填作用，黏聚力增加；黏土盐渍土的黏聚力随盐离子浓度增加而增加，盐结晶后，黏聚力增加幅度大。

盐渍土强度的变化不是单纯的力学过程，与土的成分、物理化学性质和孔隙水溶液中离子浓度密切相关的化学-力学过程^[10]。盐渍土作为非饱和土，同时存在基质吸力和溶质吸力。基质吸力与土颗粒的物理性质、排列组合方式有关，是土孔隙中产生的毛细作用和土粒表面的吸附作用。溶质吸力与孔隙水溶液的离子浓度有关，孔隙水溶液表面赋存盐离子，蒸汽压降低，产生溶质吸力，溶质吸力与溶液浓度有关，通过溶液渗透系数表示为：

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图 7 盐渍土的溶质吸力比较 Fig. 7 Comparision of solute suctions of saline soils

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粉土和黏土盐渍土的剪切强度参数与溶质吸力的关系如图 8所示，图中溶质吸力根据式（1）计算。从图 8中看出，盐渍土的剪切强度参数与溶质吸力没有明显的关系，盐离子浓度达到6 mol/kg，溶质吸力不变，但黏聚力仍增加，增加的原因是盐结晶与土粒的胶结和充填作用引起的，图 8中表明：溶质吸力不能作为表示剪切强度参数的变量。

图 8 溶质吸力对盐渍土强度的影响 Fig. 8 Influence of solute suction on strength of saline soils

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非饱和土的土水特征曲线表示基质吸力与含水量的关系，基质吸力量测方法主要有压力板法、滤纸法和蒸汽平衡法。图 9是粉土和黏土的土水特征曲线，由图 9得到粉土的进气值为2.4 kPa。

图 9 盐渍土的土水特征曲线 Fig. 9 Soil-|water characteristic curves of saline soils

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非饱和土的基质吸力是表示剪切强度的应力状态变量，非饱和土的黏聚力表示为：

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图 10 盐渍土黏聚力与基质吸力的关系 Fig. 10 Relationship between cohesion and matric suction of saline soils

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溶质吸力是盐溶液与纯水之间的势能差，如图 11所示。盐溶液的溶质吸力在土体内产生应力，称为溶质吸力应力，溶质吸力应力表示为^[17]：

图 11 溶质吸力应力示意图 Fig. 11 Schematic diagram of stress induced by solute suction

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对于盐渍土剪切强度的吸力项，可以根据Mohr-Coulomb准则用有效应力表示^[18]：

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图 12 有效应力与黏聚力的关系 Fig. 12 Relationship between effective stress and cohesion

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盐渍土胶体一般带有负电，异性电荷相吸作用使阳离子集中在胶体表面及附近，形成双电层。离子浓度越大，扩散层厚度越小，双电层越薄，吸力越大。溶解于水中的盐离子与水和土粒构成土-水-电解质系统，盐离子发生水化，形成水化膜。盐渍土中含水量和含盐量直接影响土粒周围的水化膜厚度，即扩散层厚度。扩散层厚度增加削弱土粒间的吸力，降低剪切强度。盐渍土的扩散层厚度与盐离子浓度的关系为^[19]：

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盐渍土的黏聚力按Casimir-Polder理论和Lifshitz理论整理，如图 13所示，横坐标用盐离子浓度的函数，即n₀₂和n₀₃/2，纵坐标为黏聚力。图 13(a)中试验数据表明，粉土盐渍土黏聚力的试验结果与Casimir-Polder理论和Lifshitz理论结果有差别，说明盐渍土剪切强度机理与双电层理论有区别，粉土盐渍土的剪切强度主要是以盐结晶胶结为主。从图 13(b)中看出，Lifshitz理论更符合试验结果，说明黏土盐渍土剪切强度增加机理以双电层为主。

图 13 黏聚力与离子浓度的相关关系 Fig. 13 Relationship between cohesion and salt ion concentration

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根据滨海相盐渍土的直剪试验和吸力量测试验得到以下几个结论：

（1）粉土盐渍土的直剪试验中，盐离子浓度大于6 mol/kg，剪切强度随含盐量增加而增大，内摩擦角增大，氯化钠含量超过溶解度，氯化钠以晶体的形式存在于粉土中，成为土骨架结构的一部分，对土粒起胶结作用；盐离子浓度小于6 mol/kg，盐溶于水中成溶液状态，对剪切强度影响不大。

（2）黏土盐渍土的剪切强度随含盐量增加而增大，内摩擦角在盐结晶后增大，氯化钠水溶液通过双电层作用影响剪切强度。

（3）溶质吸力不能作为应力状态变量表示剪切强度，盐渍土的黏聚力随基质吸力增加而增加，用基质吸力计算的黏聚力比试验结果小得多，用等效吸力可以很好地表示盐渍土的剪切强度。

（4）粉土盐渍土的剪切强度与双电层理论有差别，黏土盐渍土的剪切强度与Lifshitz理论符合的很好。