馬蘭黃土壓實(shí)度與濕陷性的相關(guān)性試驗(yàn)分析★

王 雷 劉博懷

(西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

馬蘭黃土壓實(shí)度與濕陷性的相關(guān)性試驗(yàn)分析★

王 雷 劉博懷

(西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

對(duì)馬蘭黃土基本的物理性質(zhì)、最大干密度與最優(yōu)含水量等特性進(jìn)行了介紹，并對(duì)馬蘭黃土壓實(shí)度與濕陷性的相關(guān)性作了試驗(yàn)分析，指出其濕陷性與壓實(shí)度相關(guān)性較好，可通過(guò)控制壓實(shí)度來(lái)控制其濕陷性。

黃土，壓實(shí)度，濕陷性，試驗(yàn)

0 引言

黃土類(lèi)屬特殊性土，在一定的條件下易于發(fā)生濕陷現(xiàn)象，可能導(dǎo)致工程病害及地質(zhì)災(zāi)害。而地球表部黃土分布范圍又廣闊，特別在我國(guó)西北地區(qū)，黃土沉積層較厚，各種自然地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，各類(lèi)工程病害突顯，其主要原因與黃土的濕陷性有關(guān)。為保證黃土地區(qū)工程建設(shè)的安全運(yùn)行及環(huán)境保持，通常通過(guò)一定的工程措施改良黃土的性質(zhì)，降低黃土的濕陷性，為此國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者致力黃土各類(lèi)特性研究，提出了大量的相關(guān)理論與處理方法，推動(dòng)了黃土研究的整體水平[1]。本文主要以蘭州地區(qū)馬蘭黃土為研究對(duì)象，在室內(nèi)以不同的擊實(shí)功制樣，通過(guò)濕陷性試驗(yàn)獲取黃土的濕陷性系數(shù)，建立壓實(shí)度與濕陷性間的相關(guān)關(guān)系，為我國(guó)西北黃土地區(qū)工程建設(shè)中黃土濕陷性處理提供參考。

1 馬蘭黃土試樣基本特性

1.1 基本物理性質(zhì)

取馬蘭黃土樣進(jìn)行室內(nèi)顆分試驗(yàn)(見(jiàn)表1)，試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)為SL 237—1999土工試驗(yàn)規(guī)程[4]，試驗(yàn)結(jié)果表明，以粉粒中的粗粒粉土顆粒占絕大多數(shù)，并且粘粒含量較高。

表1 蘭州地區(qū)馬蘭黃土的粒組成分

馬蘭黃土的基本物理性質(zhì)測(cè)定結(jié)果如表2所示。

表2 馬蘭黃土的物理指標(biāo)

1.2 最大干密度與最優(yōu)含水量

采用10組擊實(shí)試驗(yàn)，將取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值，詳見(jiàn)表3，繪制含水率與干密度的關(guān)系曲線(xiàn)如圖1所示，從而獲得馬蘭黃土的最大干密度ρdmax和最優(yōu)含水量wopt。

表3 含水率與干密度記錄表

土的干密度在一定范圍內(nèi)，隨含水量的增加而增大，達(dá)到某一最大干密度值后，干密度則隨含水量的繼續(xù)增加而減小。由圖1可以看出，最大干密度為1.86 g/cm3～1.88 g/cm3，最優(yōu)含水量為13.1%～14.3%。

2 馬蘭黃土壓實(shí)度與濕陷性的相關(guān)試驗(yàn)

在上述室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，室內(nèi)用擊實(shí)試驗(yàn)?zāi)M工程現(xiàn)場(chǎng)，在不同壓實(shí)功下制樣，測(cè)定黃土的濕陷性，不同壓實(shí)功下黃土的力學(xué)性能結(jié)果列于表4。

表4 不同壓實(shí)功下黃土的力學(xué)性能

繪制壓實(shí)度與濕陷系數(shù)變化曲線(xiàn)如圖2所示。

對(duì)相同土樣，以不同的壓實(shí)功下制樣，在室內(nèi)置于固結(jié)儀中進(jìn)行測(cè)定黃土的濕陷性系數(shù)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4，分析壓實(shí)度與濕陷性系數(shù)間的相關(guān)性，得到相關(guān)方程為：

y=2E+08e-0.286x，R2=0.945 4。

其中，R為相關(guān)性系數(shù)。

從相關(guān)系數(shù)可以看出，壓實(shí)度與濕陷性有很好的相關(guān)性，為指數(shù)相關(guān)關(guān)系。從微觀角度來(lái)看，黃土的濕陷與其孔隙有關(guān)。原狀土的孔隙率一般比較大，經(jīng)過(guò)壓實(shí)后，土的孔隙所占比例會(huì)有所減小。根據(jù)孔隙的大小、形狀及骨架顆粒排列的方式，土中孔隙可分為大孔隙、架空孔隙、粒間孔隙和粒內(nèi)孔隙。架空孔隙是由一定數(shù)量的骨架顆粒松散堆積，相互支架構(gòu)成的孔隙，該孔隙較大，連通性好，易透水，故該類(lèi)型的孔隙直接影響著土的濕陷、壓縮等性質(zhì)。黃土的濕陷性主要由架空孔隙造成。壓實(shí)度增大，使得孔隙所占土體的體積比減小，雖密度指標(biāo)不能直接反映架空孔隙的值，但在總孔隙率減小的同時(shí)，架空孔隙也會(huì)減小。這符合黃土濕陷性的規(guī)律，因而可以通過(guò)壓實(shí)的方法改變黃土的濕陷性，為工程建設(shè)中地基處理提供參考。

原狀土的孔隙率一般比較大，經(jīng)過(guò)壓實(shí)后，土的孔隙所占比例會(huì)有所減小。根據(jù)孔隙的大小、形狀及骨架顆粒排列的方式，土中孔隙可分為大孔隙、架空孔隙、粒間孔隙和粒內(nèi)孔隙[5]。架空孔隙是由一定數(shù)量的骨架顆粒松散堆積，相互支架構(gòu)成的孔隙，該孔隙較大，連通性好，易透水，故該類(lèi)型的孔隙直接影響著土的濕陷、壓縮等性質(zhì)。粒間孔隙是指顆粒交錯(cuò)排列所形成的縫隙，該孔隙較穩(wěn)定。大孔隙是由碳酸鈣膠結(jié)形成的空隙，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

類(lèi)屬特殊性土的黃土因其具有明顯的濕陷性，對(duì)于工程建設(shè)及環(huán)境均帶來(lái)不利因素甚至帶來(lái)工程病害或地質(zhì)災(zāi)害。改良黃土工程特性的理論、方法眾多，通過(guò)一定的壓實(shí)功能使黃土孔隙變小、結(jié)構(gòu)變密實(shí)，也是改變黃土性能以及降低其濕陷性的方法之一。

[1] 李保雄,牛永紅,苗天德.蘭州馬蘭黃土的水敏感性特征[J].巖土工程學(xué)報(bào),2007(2):294-298.

[2] 李保雄,牛永紅,苗天德.蘭州馬蘭黃土的物理力學(xué)特性[J].巖土力學(xué),2007(6):1077-1082.

[3] 苗天德,劉忠玉,任九生.濕陷性黃土的變形機(jī)理與本構(gòu)關(guān)系[J].巖土工程學(xué)報(bào),1999(4):383-387.

[4] SL 237—1999,土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[5] 陳開(kāi)圣,沙愛(ài)民.壓實(shí)黃土變形特性[J].巖土力學(xué)，2010,31(4):1023-1030.

Experimental analysis on the relativity of Malan loess compaction degree and collapsibility★

Wang Lei Liu Bohuai

(CollegeofCivilEngineering,NorthwestUniversityofNation,Lanzhou730000,China)

The paper introduces basis physical features, maximum density and optimal moisture and other characteristics of Malan loose, experimentally analyzes the relativity of Malan loose compaction degree and collapsibility, and finally points out that: their relativity is rather good, the collapsibility and be controlled through controlling compaction degree.

loess, compaction degree, collapsible, experiment

2014-12-13 ★：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：201410742050)

王 雷(1991- )，男，在讀本科生； 劉博懷(1991- )，男，在讀本科生

1009-6825(2015)06-0061-02

TU444

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