石灰對(duì)云南膨脹土力學(xué)特性影響的試驗(yàn)研究

董紅艷 代啟亮 李玉華 王寶龍 高貴全 雷騰云

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650201； 2.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600；3.黑龍江和信勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000； 4.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處，云南 昆明 650201)

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石灰對(duì)云南膨脹土力學(xué)特性影響的試驗(yàn)研究

董紅艷1代啟亮1李玉華2王寶龍3高貴全4雷騰云1

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650201； 2.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600；3.黑龍江和信勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000； 4.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處，云南 昆明 650201)

選取云南省典型的湖相沉積型膨脹土土樣，以石灰為改良劑對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改良，并對(duì)改良的膨脹土進(jìn)行三軸剪切試驗(yàn)，結(jié)果表明，石灰改性土中石灰的最優(yōu)摻量為5.5%，為工程實(shí)踐中膨脹土改良提供了一定的依據(jù)。

膨脹土，石灰，三軸剪切試驗(yàn)，摻灰比

0 引言

膨脹土是一種主要由強(qiáng)親水性粘土礦物成分(蒙脫石和伊利石)組成的，具有膨脹結(jié)構(gòu)以及多裂隙性、強(qiáng)脹縮性和強(qiáng)度衰減性的高塑性粘性土，也是典型的非飽和土。統(tǒng)計(jì)分析得出云南省膨脹土以湖相沉積型為主，因此本次研究選取典型的湖相沉積型膨脹土土樣，以期研究結(jié)果更具代表性和實(shí)用性。

石灰的摻入量和改性土的強(qiáng)度為非線性關(guān)系[1-3]，因此需要確定膨脹土的最優(yōu)摻灰量，才能使改性效果最理想。研究表明，改性土達(dá)到最大pH值的石灰用量為最優(yōu)摻量[4]。本文石灰摻入劑量分別為0%，3%，5%，7%和9%，通過(guò)三軸剪切試驗(yàn)，以確定石灰改性土中石灰的最優(yōu)摻量。

1 試驗(yàn)用土

為了使研究更具代表性和說(shuō)服力，本次研究選取兩個(gè)典型的湖相沉積型膨脹土分布區(qū)進(jìn)行取樣。土樣分別取自曲靖市沾益縣水務(wù)局附近和昆明市昆曲高速路口附近，將沾益縣水務(wù)局附近的土樣記為1號(hào)土樣，昆明市昆曲高速路口附近的土樣記為2號(hào)土樣。其中，取1號(hào)土樣時(shí)正值下雨，挖深至地下3 m取土，取出的膨脹土呈塊狀，灰白色，土質(zhì)細(xì)膩，粘性很大，鏟出時(shí)十分費(fèi)力，手摸上去有明顯的滑膩感，多裂隙；2號(hào)土樣顏色呈灰白，呈硬塑狀態(tài)，強(qiáng)度較高，浸水后迅速軟化、崩解，強(qiáng)度大大降低，兩種土樣均屬湖相沉積型。

將全部土樣風(fēng)干，碾碎，過(guò)0.5 mm篩，將2號(hào)土樣全部放入預(yù)備好的儲(chǔ)物盒中，待測(cè)定其基本的物理、力學(xué)指標(biāo)。將1號(hào)土樣分為5等份，分別放入貼有不同標(biāo)號(hào)的儲(chǔ)物盒中，第1份不摻加任何物質(zhì)，用于測(cè)定膨脹土的基本物理力學(xué)特性，如表1，表2所示。其余4份分別用于改性試驗(yàn)，配制成石灰(基本性質(zhì)如表3所示)改性土，其中石灰含量分別為3%，5%，7%，9%。將每份土樣拌勻，蓋好盒蓋，密封28 d后開(kāi)展改性試驗(yàn)。

表1 1號(hào)土樣主要物理力學(xué)特性表

表2 2號(hào)土樣主要物理力學(xué)特性表

表3 石灰基本性質(zhì)

2 三軸剪切試驗(yàn)

膨脹土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ可以通過(guò)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)獲得，為了測(cè)得膨脹土的粘聚力和內(nèi)摩擦角，本次研究對(duì)素土及改性土均分別進(jìn)行不固結(jié)不排水剪(UU)的三軸壓縮試驗(yàn)。

稱取一定量的風(fēng)干土樣，按最優(yōu)含水率計(jì)算出需要加的水量，將需要加的水量噴灑到土料上，拌勻，密封靜置24 h。取出土料復(fù)測(cè)其含水率，至其與最優(yōu)含水率差值小于±1%。根據(jù)最大干密度及擊實(shí)筒體積計(jì)算出試樣質(zhì)量，稱取試樣，均分為5份，將第1份裝入三瓣膜制樣器中，擊實(shí)至預(yù)定高度，將其表面刨毛5 mm，然后放入第二層土，重復(fù)上述操作，將土樣分五層擊實(shí)，拆掉三瓣膜，稱量試樣重量，準(zhǔn)確至0.1 g，復(fù)核試樣密度，當(dāng)試樣密度與最大干密度差值小于±0.02 g/cm3時(shí)，制樣成功，四個(gè)試樣為一組。對(duì)壓力室底座充水，然后將橡皮膜套在承膜筒內(nèi)，將試樣套在橡皮膜內(nèi)，取出承膜筒，用橡皮圈將橡皮膜分別扎緊在壓力室底座和試樣帽上，裝上壓力室罩。開(kāi)排氣孔，向壓力室充水，當(dāng)壓力室內(nèi)快注滿水時(shí)，降低進(jìn)水速度，水從排氣孔溢出時(shí)，關(guān)閉排氣孔。關(guān)體變管閥及孔隙壓力閥，開(kāi)周圍壓力閥加至所需圍壓。旋轉(zhuǎn)手輪及活塞，軸向測(cè)力計(jì)有微讀數(shù)時(shí)，將軸向測(cè)力計(jì)和軸向位移計(jì)調(diào)至0。其余三個(gè)試樣按上述方法進(jìn)行同樣的操作，每組試樣施加的圍壓均不同，一組四個(gè)試樣分別按100 kPa，200 kPa，300 kPa，400 kPa施加圍壓。利用剪切破壞時(shí)得到的最大主應(yīng)力繪制一組極限應(yīng)力圓，做出公切線，公切線與橫坐標(biāo)的夾角為土的內(nèi)摩擦角，公切線與縱坐標(biāo)的截距即為土的粘聚力。

3 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)不同摻灰比的試樣進(jìn)行三軸剪切試驗(yàn)，所得結(jié)果如表4所示。

同時(shí)由圖1，圖2可知，摻灰比在0%～5.7%(0%～3.8%)以內(nèi)時(shí)，隨著摻灰比的增大，粘聚力(內(nèi)摩擦角)不斷增大，當(dāng)摻灰比超過(guò)5.7%(3.8%)后，粘聚力和內(nèi)摩擦角則隨著摻灰比的增大而變小。主要是因?yàn)樵谑?或粉煤灰)含量增加過(guò)程中，土中的粗顆粒先增加，當(dāng)石灰含量達(dá)到一定程度時(shí)，土中粗顆粒又減少造成的。

表4 石灰改性土三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)對(duì)三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果的分析，可以看出改性后的膨脹土力學(xué)性質(zhì)得到了增強(qiáng)。

2)試驗(yàn)結(jié)果分析表明，石灰改性土中石灰的最優(yōu)摻量為5.5%，為工程實(shí)踐中對(duì)膨脹土進(jìn)行改良提供了一定的依據(jù)。

[1] [英]F.G.Bell,MSc,phD，等.用石灰對(duì)黏性土的處理與穩(wěn)定[J].江錫民，譯.路基工程，1990，28(1):69-82.

[2] 馬 冀.用石灰改變裂土工程性質(zhì)[J].路基工程，1985，2(4):43-48.

[3] [日]石田宏.生石灰粉末穩(wěn)定黏土的強(qiáng)度特性[J].鄒天隆，譯.路基工程，1990，15(6):59-66.

[4] 林隴安，王秉勇.改性裂隙黏土工程性質(zhì)的一種有效措施——石灰土[J].路基工程，1988，17(2):36-39.

Experimental study on the effect of lime on the mechanical properties of expansive soil in Yunnan

Dong Hongyan1Dai Qiliang1Li Yuhua2Wang Baolong3Gao Guiquan4Lei Tengyun1

(1.YunnanAgriculturalUniversity，CollegeofWaterConservancy，Kunming650201,China；2.FifthSurveyandDesignInstituteofChinaRailwayGroupCo.,Ltd，Beijing102600,China；3.HeilongjiangHexinSurvey&DesignCo.,Ltd,Harbin150000,China；4.YunnanAgriculturalUniversity,TeachingAdministrationOffice,Kunming650201,China)

This paper selects the Yunnan province typical lake phase deposition type expansive soil samples and using lime as modifiers on the modification. The results of three-axis shear test on the improved expansive soil showed that the optimum content of lime in the lime-modified soil was 5.5%. It provides a certain basis for the improvement of expansive soil in engineering practice.

expansive soil, lime, three-axis shear test, fly ash ratio

1009-6825(2016)20-0058-03

2016-05-09

董紅艷(1990- )，女，在讀碩士； 代啟亮(1983- )，男，碩士，講師； 李玉華(1985- )，女，碩士；

TU411.3

A

王寶龍(1990- )，男，碩士； 高貴全(1968- )，男，教授； 雷騰云(1986- )，男，碩士，講師