木屑混合粘土抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究

白 德 貴

(重慶市勘測院，重慶 400020)

木屑混合粘土抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究

白 德 貴

(重慶市勘測院，重慶 400020)

通過固結(jié)不排水剪切三軸試驗(yàn)，研究了木屑混合粘土與原狀土、重塑土抗剪強(qiáng)度的差異性，分析了木屑、結(jié)構(gòu)性及固結(jié)時(shí)間對粘土抗剪強(qiáng)度的影響，同時(shí)研究了不同木屑含量下粘土抗剪強(qiáng)度的不同，得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。

木屑，結(jié)構(gòu)性，固結(jié)時(shí)間，抗剪強(qiáng)度

縱觀建筑發(fā)展史，木材因其結(jié)構(gòu)上的性能和美學(xué)上的價(jià)值而得到廣泛使用，留下了許多不朽之作；從過去的小木屋到現(xiàn)在的多層木構(gòu)建筑，木材都是最主要的建筑材料之一[1]，但是隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)發(fā)展以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的提高，木材作為傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)材料在現(xiàn)代建筑中逐漸喪失了主流地位，取而代之的是鋼材與混凝土?，F(xiàn)在木材成為了用途最為廣泛的室內(nèi)裝飾材料，然而木屑作為木材使用過程中的殘留物，最直接和常見的處理方法是當(dāng)作垃圾直接處理。木材具有強(qiáng)重比高的特點(diǎn)，是一種質(zhì)輕而強(qiáng)度高的材料，周志強(qiáng)在1959年試制成功了一種具有良好的隔熱性能，容重輕，成本低廉的粘土木屑輕磚[2]，姚啟均在1989年對蘇聯(lián)烏克蘭水刊經(jīng)濟(jì)工程師學(xué)院制作的絕緣材料——木屑混凝土作了介紹和說明[3]。上述研究表明一定量的木屑與粘土或者混凝土混合作為混合材料，能夠有效增強(qiáng)混合材料的強(qiáng)度，并降低其容重。軟粘土多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地區(qū)，由于其具有低強(qiáng)度、高壓縮性、低滲透性、高靈敏度等特點(diǎn)，在工程應(yīng)用中需要將軟粘土地基進(jìn)行處理。常用的地基處理方法有預(yù)壓法、置換法、攪拌法等。本文將木屑與粘土混合制成木屑混合粘土，進(jìn)行木屑混合粘土的固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)，并與重塑土、原狀土的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，并研究了木屑含量對混合粘土抗剪強(qiáng)度的影響。

1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)主要研究木屑混合粘土的抗剪強(qiáng)度，并考慮結(jié)構(gòu)性及固結(jié)時(shí)間對粘土抗剪強(qiáng)度的影響，對比研究了木屑混合粘土與原狀粘土、重塑粘土抗剪強(qiáng)度的差異。同時(shí)研究了不同木屑含量對木屑混合粘土抗剪強(qiáng)度的影響。具體試驗(yàn)工況見表1，表1中混合土1、混合土2、混合土3、混合土4分別表示不同木屑混合粘土的木屑質(zhì)量百分含量3%，5%，10%，15%。

表1 試驗(yàn)工況

試驗(yàn)土樣取自重慶某工程場地，取土深度約20 m，通過前期的調(diào)查及勘查資料確定，該層粘土土性均質(zhì)，不含砂礫、砂土等砂性土，比較符合本次試驗(yàn)的取土要求。為了盡可能地保持土體的原狀性，試樣采用薄壁取土器小心取自粘土層，并最終經(jīng)過常規(guī)試驗(yàn)得到土樣物理指標(biāo)見表2；重塑土樣采取兩頭擊實(shí)法進(jìn)行制樣[4]；木屑混合粘土的制樣，首先將粘土烘干粉碎，加入一定量水與木屑充分?jǐn)嚢杌旌现辆鶆颍詈蟛扇深^擊實(shí)法進(jìn)行制樣。

表2 粘土物理指標(biāo)

采用上述方法制樣完成后，首先采用抽氣飽和法對試樣進(jìn)行飽和，充分飽和后，將試樣裝到三軸壓力室內(nèi)，并采用反壓飽和法對試驗(yàn)進(jìn)行飽和，直到B值達(dá)到0.95以上，飽和完成；在預(yù)定壓力下進(jìn)行固結(jié)，按照CU試驗(yàn)的要求，每組試驗(yàn)至少需要3個(gè)固結(jié)壓力，本次試驗(yàn)分別采用100 kPa，200 kPa，300 kPa的固結(jié)壓力對試驗(yàn)進(jìn)行固結(jié)；固結(jié)至預(yù)定時(shí)間，按照規(guī)范要求采用0.75%/min左右的剪切速率對試樣進(jìn)行剪切，剪切過程中當(dāng)出現(xiàn)峰值后，再繼續(xù)剪切3%～5%左右；若沒有明顯峰值出現(xiàn)，試驗(yàn)的最大軸向應(yīng)變達(dá)到20%時(shí)，試驗(yàn)終止。

2 試驗(yàn)結(jié)果

通過固結(jié)不排水剪切三軸試驗(yàn)可以得到表示粘土抗剪強(qiáng)度的指標(biāo)粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ，圖1給出了部分工況下得到固結(jié)不排水強(qiáng)度包線，從圖中可以看出試驗(yàn)結(jié)果良好，能夠非常理想的表示出該工況下粘土的C，φ值。鑒于在大部分情況下C，φ值所表現(xiàn)出來的抗剪強(qiáng)度變化規(guī)律具有一致性，本文將只給出不同工況下粘聚力C的變化。

圖2給出了不同土類的粘聚力C值隨著固結(jié)時(shí)間的變化曲線，從圖中我們可以明確發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

1)固結(jié)時(shí)間對三類土的抗剪強(qiáng)度有明顯影響，隨著固結(jié)時(shí)間的增長，土的抗剪強(qiáng)度逐漸增大，同時(shí)隨著固結(jié)時(shí)間的增長，抗剪強(qiáng)度增大的速率也逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定。2)比較原狀土和重塑土的抗剪強(qiáng)度可以發(fā)現(xiàn)，原狀土的抗剪強(qiáng)度始終大于重塑土的抗剪強(qiáng)度，這表明粘土的結(jié)構(gòu)性對抗剪強(qiáng)度有比較明顯的影響；同時(shí)隨著固結(jié)時(shí)間的延長，重塑土與原狀土抗剪強(qiáng)度的差異性逐漸減小，說明固結(jié)時(shí)間可以有效的降低結(jié)構(gòu)性對粘土強(qiáng)度的影響。3)比較重塑土與混合土1可以發(fā)現(xiàn)，混合土1的抗剪強(qiáng)度明顯大于重塑土的抗剪強(qiáng)度，表明木屑混合到粘土中對粘土的抗剪強(qiáng)度特性具有明顯的影響，混合土1這種木屑含量可以顯著增大粘土的抗剪強(qiáng)度；比較原狀土與混合土1的抗剪強(qiáng)度隨時(shí)間的發(fā)展曲線可以發(fā)現(xiàn)，在固結(jié)時(shí)間12 h，原狀土的抗剪強(qiáng)度大于混合土1的抗剪強(qiáng)度，而固結(jié)時(shí)間24 h，48 h，混合土1的抗剪強(qiáng)度大于原狀土的抗剪強(qiáng)度，造成這種前后差異性的原因是，影響原狀土與混合土抗剪強(qiáng)度的因素有結(jié)構(gòu)性和木屑兩種，結(jié)構(gòu)性的存在可以增大原狀土的抗剪強(qiáng)度，木屑的存在同樣可以增大混合土1的抗剪強(qiáng)度，固結(jié)時(shí)間較短時(shí)，結(jié)構(gòu)性對兩者的強(qiáng)度起主導(dǎo)因素，但隨著固結(jié)時(shí)間增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性影響降低，從而木屑又在粘土的強(qiáng)度中起關(guān)鍵性作用。由于木屑與粘土是物理力學(xué)特性截然不同的兩種材料，因此兩者所組成的混合土的強(qiáng)度必然受到兩者共同作用的影響，粘土中木屑的含量多少勢必會影響混合土的抗剪強(qiáng)度，圖3給出了不同木屑含量的粘聚力C，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著木屑含量的增大，混合土抗剪強(qiáng)度的變化呈現(xiàn)出上凸曲線的形狀，木屑含量少于10%時(shí)，隨著木屑含量的增大，混合土的抗剪強(qiáng)度逐漸增大，木屑含量超過10%時(shí)，混合土的抗剪強(qiáng)度隨著木屑含量的增大急劇降低。造成這種現(xiàn)象的原因是在木屑含量較小時(shí)，木屑作為混合土的骨架作用可以明顯增大混合土的強(qiáng)度，但是隨著木屑含量的增大，木屑與粘土之間的粘結(jié)作用會降低，這就造成了混合土強(qiáng)度的降低。通過上述分析，木屑的存在可以明顯影響粘土的抗剪強(qiáng)度，但是由于木屑本身物理力學(xué)性質(zhì)的特殊性，不同木屑含量對粘土的強(qiáng)度產(chǎn)生截然不同的影響效果，木屑含量較小時(shí)，木屑可以增大粘土的抗剪強(qiáng)度，而木屑含量過大，粘土的抗剪強(qiáng)度會降低，因此木屑混合粘土具有一定的工程應(yīng)用前景，需要進(jìn)一步研究木屑與粘土共同作用機(jī)理。

3 結(jié)語

通過CU試驗(yàn)研究了木屑混合粘土與原狀土及重塑土抗剪強(qiáng)度差異性，得到如下結(jié)論：

1)結(jié)構(gòu)性及固結(jié)時(shí)間顯著影響粘土的抗剪強(qiáng)度，固結(jié)時(shí)間的增加可以逐漸降低結(jié)構(gòu)性對粘土抗剪強(qiáng)度的影響。

2)木屑混合粘土與原狀土及重塑土的抗剪強(qiáng)度有明顯差異性，原因主要?dú)w結(jié)為木屑作為骨架作用對粘土的強(qiáng)度有顯著影響，而且不同木屑含量對混合土的強(qiáng)度影響不同，隨著木屑含量的增加，混合土抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)出上凸曲線的形式，具體作用機(jī)理還需進(jìn)一步研究分析。

[1] 黎 姣.木材在中國當(dāng)代建筑中的應(yīng)用[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2008.

[2] 周志強(qiáng).粘土木屑輕磚[J].中國建材,1960(6):31.

[3] 姚啟均.用亞麻桿碎屑制作木屑混凝土[J].磚瓦世界,1989(12):3.

[4] 鄭劍鋒，馬 巍，趙淑萍，等.重塑土室內(nèi)制樣技術(shù)對比研究[J].冰川凍土,2008,30(3):494-500.

Research on shearing stiffness tests of sawdust with clay

BAI De-gui

(ChongqingSurveyInstitute,Chongqing400020,China)

According to the consolidation undrained triaxial shear test, the paper researches the differences among the sawdust with clay, undisturbed soil and remoulded soil in shearing stiffness, analyzes the influence of the sawdust, the structure and consolidation time on clay’s shearing stiffness, indicates the sawdust with various volumes will lead to different clay shearing stiffness, and achieves some valuable conclusion.

sawdust, structural property, consolidation time, shearing stiffness

1009-6825(2014)03-0101-02

2013-11-05

白德貴(1981- )，男，碩士，工程師

TU459.2

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