昔格達土加竹筋及石灰的三軸試驗對比分析★

阮小龍

(攀枝花學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，四川 攀枝花 617000)

1 三軸試驗方案

不同灰土配合比的三軸試驗研究等［1，2］發(fā)現(xiàn)，在昔格達土中添加石灰的最佳灰土比是3∶7［3］。攀西地區(qū)盛產(chǎn)鳳尾竹，最大抗拉強度可達274.5 MPa，本文選其作為加筋材料。竹筋試驗寬度及厚度分別為2.8 mm，0.6 mm，加筋水平截面橫向、縱向試驗間距均為約167 mm，豎向間距為278 mm。加筋層數(shù)分別不加筋和加筋3 層，長度采用為39 mm，加筋材料水平方向、縱向布置方式見圖1(粗線表示筋材)。

圖1 布筋方式圖

試樣直徑為39.1 mm，高度為80 mm，分別用制備好的重塑土、3∶7 灰土的最優(yōu)含水率配制土料，放入塑料袋擱置12 h，制樣并在不變含水率條件下養(yǎng)護1 周。將制備好的重塑土與重塑加筋土、3∶7 灰土與3∶7 灰土加筋試樣分別在圍壓100 kPa，200 kPa，300 kPa 的作用下，剪切速率設(shè)為10 mm/min，進行不固結(jié)不排水剪切(UU)試驗，試驗剪切破壞土樣如圖2～圖5 所示。

圖2 重塑土破壞圖

圖3 重塑加筋土試樣破壞圖

圖4 3∶7 灰土破壞圖

圖5 3∶7 灰土加筋試樣破壞圖

2 試樣破壞對比及數(shù)據(jù)分析

2.1 試樣破壞現(xiàn)象對比分析

從圖2 可見重塑昔格達土破壞試樣無剪切破壞面，兩側(cè)向外曲線形鼓出，屬于塑性破壞，在軸向壓力的作用下達到最大變形量而被壓縮破壞。

從圖3 可以看出加筋重塑土破壞試樣無剪切破壞面，兩側(cè)向外曲線形鼓出，也屬于塑性破壞。而與重塑土不同的是變形呈連續(xù)曲線狀，這是因為在加筋位置的筋土摩擦作用限制了土體的變形，在加筋位置摩阻力最大，故在加筋位置土體變形最小;離加筋位置越遠(yuǎn)，筋材對土體的變形限制緩慢減小，在兩層加筋位置的中間部位變形更大。

從圖4 可見在昔格達土添加石灰后，3∶7 灰土破壞試樣可清晰地看到剪切破壞面，試樣略微呈現(xiàn)塑性破壞，基本上屬于剪切破壞，側(cè)向變形明顯減小。這說明在昔格達土中添加石灰增強了土抵抗變形的能力。

從圖5 可見3∶7 灰土加筋試樣與3∶7 灰土未加筋破壞試樣不同，但與重塑土加筋破壞試樣類似，兩側(cè)呈連續(xù)曲線狀鼓出，觀察不到剪切破壞面，屬于塑性破壞。

2.2 抗剪強度對比分析

以剪應(yīng)力i 為縱坐標(biāo)，法向應(yīng)力σ 為橫坐標(biāo)，繪制莫爾應(yīng)力圓如圖6～圖9 所示。

圖6 養(yǎng)護7 d重塑土莫爾應(yīng)力圓

圖7 養(yǎng)護7 d 重塑加筋土試樣莫爾應(yīng)力圓

圖8 養(yǎng)護7 d 3∶7 灰土莫爾應(yīng)力圓

圖9 養(yǎng)護7 d 3∶7灰土加筋土試樣莫爾應(yīng)力圓

重塑土、重塑加筋土試樣、3∶7 灰土試樣、3∶7 灰土加筋土試樣的三軸試驗的抗剪強度指標(biāo)統(tǒng)計見表1。

表1 各試樣的抗剪強度指標(biāo)

從表1 重塑加筋土試樣與重塑土試樣比較，內(nèi)摩擦角基本沒有變化，而粘聚力明顯增大，從71.23 kPa 增加到250.59 kPa，提升約2.5 倍。3∶7 灰土未加筋試樣與重塑土未加筋試樣對比，內(nèi)摩擦角提高了約1.4 倍，但粘聚力從71.23 kPa 增加到266.46 kPa，提升約3.7 倍。3∶7 灰土未加筋試樣與重塑加筋土試樣對比，內(nèi)摩擦角提高了約1.4 倍，但粘聚力基本沒有改變。3∶7 灰土加筋土試樣與3∶7 灰土未加筋試樣對比，內(nèi)摩擦角基本沒有變化，但粘聚力從266.46 kPa 增加到325.61 kPa，提升了約1.2 倍。

3 結(jié)語

1)從試驗破壞現(xiàn)象看，重塑加筋土破壞試樣與重塑土一樣，觀察不到剪切破壞面，都為兩側(cè)向外曲線形鼓出，屬于塑性破壞。但是，重塑土加筋后，由于加筋材料在加筋位置的摩擦作用限制了土體的變形，在加筋位置處土體變形有所減小，在兩加筋層的中間部位變形最大，故兩側(cè)呈連續(xù)曲線狀鼓出。3∶7 灰土破壞試樣，可清晰地看到剪切破壞面，試樣略微呈現(xiàn)塑性破壞，基本上屬于剪切破壞，側(cè)向變形也明顯減小。3∶7 灰土加筋試樣與重塑土加筋破壞試樣類似，產(chǎn)生塑性破壞，兩側(cè)連續(xù)曲線狀鼓出，觀察不到剪切破壞面，也是塑性破壞。

2)從抗剪強度對比可以得出，重塑加筋土試樣與重塑土試樣比較，內(nèi)摩擦角基本沒有變化，而粘聚力明顯增大，從71.23 kPa增加到250.59 kPa，提升約2.5 倍。3∶7 灰土未加筋試樣與重塑土未加筋試樣對比，內(nèi)摩擦角提高了約1.4 倍，但粘聚力從71.23 kPa增加到266.46 kPa，提升約3.7 倍。3∶7 灰土未加筋試樣與重塑加筋土試樣對比，內(nèi)摩擦角提高了約1.4 倍，但粘聚力基本沒有改變。3∶7 灰土加筋土試樣與3∶7 灰土未加筋試樣對比，內(nèi)摩擦角基本沒有變化，但粘聚力從266.46 kPa 增加到325.61 kPa，提升了約1.2 倍。最后得出結(jié)論，在昔格達土中加筋后，試樣的內(nèi)摩擦角基本不變，而粘聚力會有明顯的提升;而添加石灰后，試樣的內(nèi)摩擦角和粘聚力都會有明顯的提升。

［1］阮小龍.高填方邊坡昔格達土改性及加筋機理研究［D］.成都:西華大學(xué)，2013.

［2］阮小龍，黃雙華，羅 強.不同石灰配合比對昔格達土性能的影響試驗研究［J］.西華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014(1) :99-103.

［3］張世賢，黃雙華.昔格達土加筋三七灰土物理力學(xué)性質(zhì)試驗研究［J］.鐵道建筑，2012(4) :105-108.

［4］朱安龍，陳 群，何昌榮，等.加筋昔格達土三軸試驗研究［J］.四川水力發(fā)電，2004，23(4) :82-84，99.

［5］呂 韜，張宏勝.高填方加筋邊坡中竹筋的應(yīng)用初探［J］.山西建筑，2007，33(20) :81-83.

［6］呂 韜.高填方土質(zhì)邊坡中竹筋的應(yīng)用研究與實踐［D］.重慶:重慶大學(xué)，2007.