林芝粉土的基本物理力學(xué)性質(zhì)與路用性能試驗研究

袁賽峰 張福海 施海建 陳新芳 王培清

(1.西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝 860000；2.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210000； 3.河海大學(xué)水文與水資源學(xué)院，江蘇 南京 210000)

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林芝粉土的基本物理力學(xué)性質(zhì)與路用性能試驗研究

袁賽峰1張福海2*施海建2陳新芳3王培清1

(1.西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝 860000；2.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210000； 3.河海大學(xué)水文與水資源學(xué)院，江蘇 南京 210000)

通過試驗，從界限含水率、比重、水穩(wěn)定性能、擊實等方面，分析了西藏林芝粉土的基本物理力學(xué)性能，指出林芝粉土為低液限粉土，浸水快速崩解，CBR小于5%，不能直接作為二級公路路基的上路床填料。

粉土，物理力學(xué)性質(zhì)，路用性能，實驗方案

在路基填筑前，往往需要對用作路基填料的土進行大量的實驗，以此對其進行分類，并評價其能否直接作為路基填料。對于粉土的基本物理力學(xué)性質(zhì)方面及路用性能試驗研究方面，武科等[1]對取自黃河沖積平原的粉土進行了不同擊實功、不同壓實度條件下的室內(nèi)重型擊實實驗，得出隨著擊實功的增大，粉土的最大干密度逐漸增大，而最優(yōu)含水率逐漸減小，相同壓實度條件下，隨著擊實功的增大，粉土的孔隙比微弱減小。郭玉民等[2]，對菏澤地區(qū)的粉土進行了界限含水率、擊實、CBR等實驗，得出菏澤粉土的塑性指數(shù)小于10，最優(yōu)含水率為12%～15%之間，96%壓實度條件下的CBR為3%～5%，不能滿足一級公路的要求。上述研究目前主要集中在黃河沖積平原地區(qū)的粉土，對于西藏林芝地區(qū)的區(qū)域性粉土的物理力學(xué)特性及路用性能的研究，目前未有相關(guān)報道。通過研究林芝地區(qū)粉土的基本物理力學(xué)性質(zhì)及路用性能，為西藏林芝地區(qū)的公路建設(shè)、養(yǎng)護提供理論參數(shù)。

1 實驗方案

本次實驗所用粉土采自林芝市巴宜區(qū)至波密公路比日神山山腳路段的坡積粉土，取土深度為土層表面以下3 m～5 m處，外觀呈深灰～黑色。

對于自然含水率的測試，無需風(fēng)干直接進行測試，其他實驗，均需要先將粉土試樣自然風(fēng)干，之后按照JTG D30—2004公路路基設(shè)計規(guī)范的要求進行試驗。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 素土的顆分實驗

通過顆粒分析實驗得出，素土的顆粒分布曲線見圖1。

由圖1顆粒分析實驗結(jié)果可知，細顆粒(≤0.075 mm)占總質(zhì)量的83.5%，屬于細粒土，其中粘粒(<0.005 mm)含量占8.8%，粉粒(0.005 mm～0.075 mm)的含量占74.7%，屬于粉土。

2.2 素土的天然含水率、界限含水率等指標(biāo)

通過含水率實驗、TOC有機質(zhì)測試、易溶鹽含量測試、界限含水率實驗和土粒比重實驗，得出林芝粉土的素土的常用物理特性指標(biāo)見表1。

由表1可以看出，粉土素土的有機質(zhì)含量為0.71%，屬于無機質(zhì)土。易溶鹽含量0.018%<0.3%，屬于非鹽漬土。由液限指數(shù)31.5%<40%，塑性指數(shù)Ip=9.5可知，其為低液限土，結(jié)合前述的顆分實驗結(jié)果，可得出素土試樣為低液限粉土。

2.3 素土的重型擊實實驗

在路基的填筑前，必須準(zhǔn)確得出土的壓實性能和最大干密度、最優(yōu)含水率。因此有必要對粉土素土進行重型擊實實驗。運用桶徑15.2 cm的重型擊實儀，分五層進行擊實，每層27次，通過對粉土素土進行重型擊實實驗，得出素土的擊實曲線及飽和曲線見圖2。

由圖2可知，粉土素土的最大干密度為1.69 g/cm3，最優(yōu)含水率17.2%。素土擊實曲線右側(cè)干密度下降速度均快于左側(cè)的上升速度，都呈現(xiàn)出“左緩右陡”的形態(tài)，即在達到最優(yōu)含水率前，試樣干密度隨含水量的增長而緩慢增長，在達到最優(yōu)含水率后，粉土干密度快速下降，變成“彈簧土”。

因此，在粉土的施工過程中，必須嚴格抽查、控制含水率，使含水率始終保持為最優(yōu)含水率附近，如果不能完全保證最優(yōu)含水率，也應(yīng)該使其含水率盡量略小于最優(yōu)含水率來進行壓實。素土飽和線偏離擊實曲線均較遠，這是由于素土雖然經(jīng)過壓實，但因其顆粒比較集中于粉粒，導(dǎo)致粉粒與粉粒之間的孔隙較大，素土難以壓實，這和文獻[3][4]得出的結(jié)論類似。

2.4 素土的水穩(wěn)性能實驗

為評價粉土的水穩(wěn)定性能，將素土土樣按照最優(yōu)含水率和最大干密度在96%壓實度條件下制成直徑50 mm、高度50 mm的無側(cè)限試樣，放入玻璃燒杯中進行浸水崩解實驗。

粉土的素土試樣在泡水的過程中，出現(xiàn)崩解現(xiàn)象，隨著時間的推移，粉土素土試樣的崩解越來越快，10 min內(nèi)即全部崩解。這也說明了粉土素土水穩(wěn)性能極差，在作為路基填料時，路基邊坡極易被流水沖刷、侵蝕，路基內(nèi)部浸水后則容易出現(xiàn)軟化變形等現(xiàn)象，因此不能直接用作二級公路路基上路床填料。

2.5 素土的浸水CBR實驗

CBR是評價土能否用作路基填料的重要指標(biāo)，按照JTG D30—2004公路路基設(shè)計規(guī)范對于二級公路的上路床，其CBR需滿足不小于6%的要求[5]。因此有必要對粉土素土進行CBR貫入實驗，以確定素土的CBR值。由于壓實度的變化會對填料的CBR值產(chǎn)生影響，因此實驗選取壓實度為90%，93%，96%三種工況，進行素土的CBR貫入實驗，實驗結(jié)果見表2。

由表2可以看出，素土的CBR值隨著壓實度的提高而增長，且壓實度越高增長越快，即93%壓實度時，相對90%壓實度增長了18.52%，96%壓實度相對于93%壓實度增長了34.69%，這與文獻[6]～[9]的結(jié)論類似。素土即使在96%壓實度的情況下，CBR值也只有4.9%，不能滿足二級公路填方路基上路床CBR≥6%的要求。

由表2也可以看出，素土的膨脹率隨著壓實度的提高而呈現(xiàn)增長。即壓實度越高，膨脹率越大。粉土素土的浸水CBR實驗中的膨脹率非常微弱，在96%壓實度的條件下，其膨脹率為0.63%<1%。因此林芝粉土素土的膨脹率微弱，其膨脹性可以忽略不計。

2.6 素土的無側(cè)限抗壓強度實驗

由于無側(cè)限抗壓強度也是評價路基填料性能的一項重要指標(biāo)，因此有必要通過無側(cè)限抗壓強度實驗對其進行評價。由于粉土素土的水穩(wěn)定性能非常差，浸水快速崩解(這在前述浸水崩解實驗中已有記錄)，因此為了得到其無側(cè)限抗壓強度，將其按照96%的壓實度以及最優(yōu)含水率制作成高度50 mm、直徑50 mm的無側(cè)限試樣后，不經(jīng)過泡水直接對其進行無側(cè)限抗壓強度實驗,本實驗共進行6次平行實驗，實驗結(jié)果如表3所示。

由表3可知，粉土在不浸水的條件下，其96%壓實度時無側(cè)限抗壓強度比較小，僅有185.7 kPa，而在浸水的條件下，其快速崩解，幾乎沒有強度。

3 結(jié)論與建議

1)林芝粉土的天然含水率在13%～24%之間。為無機質(zhì)土、非鹽漬土。粉土顆粒組成以粉粒為主，粘粒和粗顆粒含量少，液限小于40，塑性指數(shù)小于10，屬于低液限粉土，比重為2.63。

2)素土的最大干密度為1.69 g/cm3，最優(yōu)含水率17.2%。擊實曲線的形態(tài)呈現(xiàn)“左緩右陡”的形態(tài)，在含水率超過最優(yōu)含水率之后干密度快速下降。因此，在粉土的壓實過程中，最好在接近最優(yōu)含水率附近進行壓實。因粉土素土顆粒比較集中于粉粒，導(dǎo)致粉粒與粉粒之間的孔隙較大，素土難以壓實，在擊實曲線形態(tài)上表現(xiàn)為擊實曲線偏離飽和曲線較遠。

3)粉土的水穩(wěn)定性差，在10 min內(nèi)即全部崩解。因此，林芝粉土素土一般不能直接用作路基填料，如必須用作路基填料，則必須改善其水穩(wěn)定性。

4)粉土在96%壓實度的條件下，CBR值也只有4.9%，不能滿足二級公路路基的上路床填料CBR≥6%的要求。粉土的浸水膨脹率非常微弱，在96%壓實度條件下，其膨脹率小于1%，屬于不膨脹土。

5)通過素土在不浸水條件下的無側(cè)限抗壓強度實驗，得出96%壓實度素土的無側(cè)限抗壓強度為185.7 kPa；在浸水條件下，粉土在10 min內(nèi)快速軟化崩解，幾乎沒有強度，因此林芝粉土的強度較弱。

6)通過綜合評價以上指標(biāo)，可知林芝粉土的素土不能直接用作二級公路上路床填料。因此在路基填筑時，只能棄方換填較好的路基填料(如級配碎石或粘土)，如果棄方換填成本較高時，則可采用在粉土中摻砂或者少量水泥(按照外摻法計算，一般小于6%)的方法進行物理或化學(xué)改良，之后再進行路基上路床的填筑。

[1] 武 科,馬國梁,馬明月,等.公路路基粉土工程特性試驗研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,40(6):1724-1731.

[2] 郭玉民,姜文曉.粉土的物理力學(xué)性質(zhì)研究[J].山東交通科技,2014(6):101-103.

[3] 李 蘭,王蘭民,石玉成.粘粒含量對甘肅黃土抗液化性能的影響[J].世界地震工程,2007,23(4):102-106.

[4] 李 蘭,王蘭民.含粘粒量黃土抗震陷性能的試驗研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2007(3):63-66.

[5] JTG D30—2004，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[6] 朱 永,宗旭輝.粉質(zhì)土的土質(zhì)特性及處治方法[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,32(2)：206-207.

[7] 董國棟.高等級公路建設(shè)中粉煤灰的應(yīng)用[J].北方交通,2009(1):63-64.

[8] 孫晨晴,崔 巍,牛明珠.黑龍江省粘性土路基的強度評價[J].黑龍江交通科技,2004,27(7):47-48.

[9] 孫晨晴,徐 爽.黑龍江省粘性土路基填料CBR值評價[J].公路,2004(5)：77-79.

On basic physical dynamic properties of silt in Linzhi and its traffic performance test

Yuan Saifeng1Zhang Fuhai2*Shi Haijian2Chen Xinfang3Wang Peiqing1

(1.CollegeofAgricultureandHusbandry,TibetUniversity,Linzhi860000,China; 2.CollegeofCivilEngineeringandCommunications,HohaiUniversity,Nanjing210000,China; 3.CollegeofHydrologyandWaterResources,HohaiUniversity,Nanjing210000,China)

According to the tests, the paper analyzes basic physical dynamic property of the silt of Linzhi in Tibet from the water ratio limit, proportion, water stability performance, and compaction, and points out the silt of Linzhi has low liquid-limit and disintergrates rapidly in water, and its CBR is less than 5 percent, so it can not be directly used as the roadbed filler of secondary roads.

silt, physical dynamic property, traffic performance, test scheme

1009-6825(2016)24-0088-02

2016-06-17

袁賽峰(1987- )，男，工程碩士，助理實驗師

張福海

U214.11

A