低液限粉土壓實(shí)特性試驗(yàn)研究

李麗慧， 張成興

(許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

低液限粉土壓實(shí)特性試驗(yàn)研究

李麗慧， 張成興

(許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

摘要：針對(duì)粉土填筑路基易存在的問(wèn)題，分析了不同級(jí)配的土樣的壓實(shí)特性、不同擊實(shí)功對(duì)壓實(shí)性能的影響及含水量對(duì)于壓縮指標(biāo)的影響.試驗(yàn)表明：粉土的壓實(shí)特性復(fù)雜；壓實(shí)功增加到一定程度，粉土的最大干密度不再增加；含水量對(duì)于粉土的壓縮指標(biāo)影響較大.路基壓實(shí)過(guò)程中要選擇恰當(dāng)?shù)膲簩?shí)機(jī)具及壓實(shí)遍數(shù)；嚴(yán)格控制含水量，尤其是控制填土的含水量不大于最佳含水量，以保證填土路基的穩(wěn)定性.

關(guān)鍵詞：低液限粉土；級(jí)配；壓實(shí)特性；壓縮系數(shù)

根據(jù)土的工程分類(lèi)，將界于砂類(lèi)土與黏性土之間，塑性指數(shù)Ip≤10且粒徑大于0.075 mm顆粒含量不超過(guò)全重50%的土[1-2]稱(chēng)為粉土.粉土的物理力學(xué)指標(biāo)差異性較大，工程性質(zhì)比較復(fù)雜[3].河南地區(qū)屬黃淮沖積平原，低液限粉土分布廣泛.在這樣的地區(qū)建造公路，會(huì)遇到路基填土難以壓實(shí)、路基沉降變形大、翻漿等問(wèn)題[4-5]，是填方路基的主要病害[6].本文以河南省許昌地區(qū)的粉土為對(duì)象，研究其壓實(shí)特性.

1粉土的物性特征

土樣取自河南許昌地區(qū)某高速公路沿線.該地區(qū)粉土砂粒和黏粒成分較少，結(jié)構(gòu)松散.按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》[1](以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)程》)試驗(yàn)方法，在同一平面位置的不同深度，取2組土樣，測(cè)得土的顆粒組成及主要物理指標(biāo)，見(jiàn)表1、表2及圖1.根據(jù)圖、表結(jié)果，兩組土樣的粒徑分布曲線較為接近，均呈現(xiàn)出較陡的形狀，粉粒含量為土樣的主要成分，不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)不滿(mǎn)足Cu>5和1

表1　土的顆粒組成

表2　土的物理指標(biāo)

2含水量對(duì)粉土壓實(shí)的影響

按《規(guī)程》重型Ⅰ法進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，研究含水量對(duì)粉土壓實(shí)的影響.擊實(shí)曲線見(jiàn)圖2和圖3.可以看出：該粉土的擊實(shí)曲線具有單峰值和雙峰值兩種形式，表明粉土的壓實(shí)特性較為復(fù)雜.雙峰壓實(shí)曲線的最大干密度峰值左側(cè)小于右側(cè)，因此，應(yīng)選擇右側(cè)較大值作為最佳含水量和最大干密度.分析出現(xiàn)雙峰值原因：當(dāng)含水量低時(shí)，增加含水量，水起到潤(rùn)滑的作用，rd很快增加到第一峰值.隨著含水量的增加，≤0.005 mm 的顆粒表面形成了結(jié)合水膜，粉粒間的毛細(xì)引力增大，聯(lián)結(jié)力增強(qiáng)，孔隙水壓力增大，消散了部分擊實(shí)功[7]，減弱了移動(dòng)顆粒的作用，因此rd降低.而含水量則繼續(xù)增加，水膜逐漸變厚，顆粒移動(dòng)的自由度增大，擊實(shí)促使顆粒重新排列，氣體不斷被排出[8]，密度逐步增大到第二個(gè)峰值，之后隨著含水量的增大，干密度逐漸減小.

圖1　土的級(jí)配曲線

圖2　粉土1含水量——干密度曲線

3擊實(shí)功對(duì)粉土壓實(shí)的影響

取土樣2以不同的擊實(shí)功進(jìn)行擊實(shí)，粉土的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4和表3所示.由圖4和表3可以看出：(1)該粉土的最佳擊實(shí)功為8 061 KJ·m-3.隨著擊實(shí)功的增大，土樣的最大干密度有所增加，但是擊實(shí)數(shù)超過(guò)81擊后，最大干密度則不再增大；(2)隨著擊實(shí)功的增大，土樣的最佳含水量有所減少；(3)該粉土的干密度和孔隙比隨著擊實(shí)功增大到一定程度，趨于穩(wěn)定；(4)即使是加大擊實(shí)功，該粉土的擊實(shí)曲線仍偏離飽和曲線較遠(yuǎn)，表明粉土壓實(shí)困難[9].因此，粉土路基填筑應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)膲簩?shí)功，施工中選擇合適的壓實(shí)機(jī)具及合理的壓實(shí)遍數(shù)，以達(dá)到最佳的壓實(shí)效果.

圖3　粉土2含水量——干密度曲線

圖4　不同擊實(shí)功作用下的擊實(shí)曲線

擊實(shí)功/(KJ·m-3)擊實(shí)數(shù)最佳含水量ω/%最大干密度ρ/(g·m-3)孔隙比e飽和度Sr/%26872716.21.7320.5597853745415.11.7490.54474806181151.7820.515799752.89814.61.7810.51676

4粉土的壓縮性能

圖5　含水量與孔隙率曲線

為避免以粉土為路基填筑材料建成的公路路基沉降變形過(guò)大，接下來(lái)研究壓實(shí)后粉土的壓縮性能.土樣2經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)制成重塑土，分別取略小于最佳含水量、最佳含水量和略大于最佳含水量的3組土樣進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，研究含水量對(duì)土樣壓縮性能的影響.試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5和表4. 壓縮系數(shù)和壓縮模量是反映土的壓縮性能的主要指標(biāo).從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，含水量對(duì)于粉土的壓縮指標(biāo)有一定影響.含水量略小于Wopt土樣的壓縮系數(shù)和壓縮模量與Wopt土樣比較，相差不大；但是含水量略大于Wopt的土樣的壓縮系數(shù)明顯大于Wopt的土樣，壓縮模量反之.分析后表明：含水量略大于最佳含水量的土樣的壓縮性較大.由于壓縮性較大的土容易產(chǎn)生較大沉降[10]，所以，為保證填土路基的穩(wěn)定性，要嚴(yán)格控制粉土的含水量，尤其是含水量超過(guò)最佳含水量的粉土，必須進(jìn)行處理，以減少填土的不穩(wěn)定性.

表4　土的壓縮指標(biāo)

5結(jié)語(yǔ)

經(jīng)試驗(yàn)分析，不同級(jí)配的粉土表現(xiàn)出了不同的壓實(shí)特性，表明粉土的壓實(shí)特性復(fù)雜.適當(dāng)增加擊實(shí)功可以增加粉土的干密度，但是增大到一定程度，干密度將不再增加.因此施工中，要選擇適當(dāng)?shù)膲簩?shí)機(jī)具及壓實(shí)遍數(shù)，以達(dá)到最佳的壓實(shí)效果.粉土對(duì)含水量變化比較敏感，體現(xiàn)在壓縮指標(biāo)的變化.施工中應(yīng)嚴(yán)格控制含水量，對(duì)于含水量大于最佳含水量的粉土必須要采取措施，降低其含水量，以減少工后沉降.

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Experimental Study on the Compaction Property

of Low Liquid Limit Silt

LI Li-hui, ZHANG Cheng-xing

(SchoolofCivilEngineering,XuchangUniversity,Xuchang461000,China)

Abstract:To resolve the problems in silt subgrade, the compaction properties of different gradation soils, the effect of different compaction work on the property, and the influence of water content for compression index are studied in this paper. The tests show that the compaction properties of silts are complex. The maximum dry density of silt no longer increases when the compaction works to a certain extent, and the compression index is affected by the water content in silt. Therefore, proper compaction machine and compaction time should be adopted, and the water content should be controlled strictly to ensure that it does not exceed the optimum level in the process of subgrade compaction.

Key words:low liquid limit silt; gradation; compaction property; compression coefficient

責(zé)任編輯：衛(wèi)世乾

中圖分類(lèi)號(hào)：U4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9824(2015)02-0093-03

作者簡(jiǎn)介：李麗慧(1971—)，女，黑龍江雞西人，副教授，碩士，研究方向：道路工程.

基金項(xiàng)目：許昌市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(1404011)；河南省教育廳自然科學(xué)研究資助項(xiàng)目(201210480027)；許昌學(xué)院科研基金項(xiàng)目(2014023)

收稿日期：2014-04-23