含砂率對(duì)膨潤(rùn)土改性黃土滲透性和強(qiáng)度的影響

張 鵬 郄玥穎 楊瑞雪 赫 斌 康 龍 馬芊菂

（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院， 寧夏 銀川 750021）

含砂率對(duì)膨潤(rùn)土改性黃土滲透性和強(qiáng)度的影響

張 鵬 郄玥穎 楊瑞雪 赫 斌 康 龍 馬芊菂

（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院， 寧夏 銀川 750021）

結(jié)合寧夏次生黃土的含砂特點(diǎn)，試驗(yàn)研究了含砂率對(duì)膨潤(rùn)土改性黃土滲透性和強(qiáng)度的作用規(guī)律。結(jié)果表明：膨潤(rùn)土改性黃土滲透性隨時(shí)間的增加呈先減小后增大的趨勢(shì)，24h后基本達(dá)到穩(wěn)定。隨含砂率的增大，試樣的滲透系數(shù)和摩擦角增大，粘聚力減小，含砂率增大，對(duì)試樣的強(qiáng)度和抗?jié)B不利。含砂砂黃土用作墊層材料，砂礫應(yīng)篩除。

膨潤(rùn)土；黃土；含砂率；滲透性；強(qiáng)度指標(biāo)

黃土在寧夏分布很廣，東西南貫穿大半個(gè)寧夏。黃土地基防滲是防治黃土濕陷和滲透破壞的重要措施。次生黃土含有砂礫，滲透性較原生黃土增大[1]。膨潤(rùn)土摻入土中可顯著改善土的抗?jié)B性[2-3]。粗粒土含量小于某一值時(shí)，土的摩擦角受粗粒土含量影響很小，對(duì)凝聚力有一定的影響[4]。因此開展含砂率對(duì)膨潤(rùn)土改性黃土滲透性及強(qiáng)度的影響研究，對(duì)含砂黃土地基工程的設(shè)計(jì)和施工具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

膨潤(rùn)土市售，主要化學(xué)成分為SiO2、Na2O、CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO和SO3。膨潤(rùn)土比表面積21.3m /g。

黃土取自寧夏同心，密度ρ=1.56g/cm3，含水率w =12.2%，土粒比重ds=2.72，塑限wp=15.0%，液限wl=27.2%，塑性指數(shù)Ip=12.2，最大干密度ρdmax=1.72g/cm3，最優(yōu)含水率wopt=16.0%。粒徑分布見圖1，主要為0.075mm～0.005mm的粉粒。

砂土，從黃土中分離出來(lái)，粒徑分布如圖 2所示。砂土的顆粒較粗，約占黃土質(zhì)量的12～35%。

圖1 黃土的粒徑分布Fig.1 Particle size distribution of loess

圖2 砂土的粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of sand

1.2 試驗(yàn)方法

固定壓實(shí)度為0.94、膨潤(rùn)土摻量為9%、含水率為12%，含砂率取0%、15%、20%、25%、30%。按實(shí)驗(yàn)方案稱取砂土，膨潤(rùn)土和黃土拌均，然后再加水拌均。滲透試樣每組制備 2個(gè)，真空抽氣法飽和后，采用變水頭法測(cè)定滲透系數(shù)。強(qiáng)度試樣每組制備4個(gè)，采用快剪試驗(yàn)方法用電動(dòng)直剪儀測(cè)定試樣的粘聚力和摩擦角。

2 結(jié)果與分析

2.1 滲透性

從圖3可以看出試樣的滲透系數(shù)在3h內(nèi)，隨時(shí)間的增加而減小，3h后隨時(shí)間的增加而增大，h后基本達(dá)到穩(wěn)定；隨含砂率的增大呈非線性增大。隨著時(shí)間的增加，一方面膨潤(rùn)土繼續(xù)吸水膨脹，使土中孔隙減??；另一方面黃土中的可溶鹽離解的高價(jià)陽(yáng)離子與膨潤(rùn)土內(nèi)的低價(jià)陽(yáng)離子交換，膨潤(rùn)土的吸水膨脹性減小[5]，以及鹽的溶濾，使土中孔隙增大。滲透系數(shù)隨時(shí)間的規(guī)律是這兩方面矛盾相互作用的結(jié)果。

2.2 強(qiáng)度特性

從圖 4可以看出，隨含砂率的增大，試樣的粘聚力非線性減小，摩擦角大逐漸增大。含砂率由0增加到30%，粘聚力減小了約14kPa，摩擦角增加不到1.0°。含砂率對(duì)粘聚力的影響較對(duì)摩擦角的影響大。砂土含量較黃土少許多，砂粒懸浮在黃土中不能形成骨架，試樣的強(qiáng)度主要由黃土土?？刂疲Σ两窃黾硬淮?。總的來(lái)說，含砂率增大，對(duì)強(qiáng)度不利。

圖3 滲透系數(shù)變化曲線Fig.3 Variation curves of permeability coefficient

圖4 強(qiáng)度指標(biāo)與含砂率的關(guān)系Fig.4 Relationship between strength index and sand content

3 結(jié)論

在試驗(yàn)研究條件下，得出如下主要結(jié)論：

(1)試樣的滲透系數(shù)隨時(shí)間的增加呈先減小后增大的趨勢(shì)，24h后基本達(dá)到穩(wěn)定。

(2)隨含砂率的增大，試樣的滲透系數(shù)和摩擦角增大，粘聚力減小。含砂率增大，對(duì)試樣的強(qiáng)度和抗?jié)B不利，建議將砂礫篩除。

[1]程滿金,步豐湖,王俊英,等.膨潤(rùn)土防水毯新材料在襯砌渠道中的應(yīng)用研究[J].節(jié)水灌溉,2010,(5)：46-49.

[2]崔自治,彭博,崔永成,王寶濤,蔣喆,張群.膨潤(rùn)土改善土壤抗?jié)B性試驗(yàn)研究[J].節(jié)水灌溉,2010,(11)：48-50.

[3]崔自治,張群,彭博,崔永成,李媛媛.膨潤(rùn)土與黏性土復(fù)合改善砂土抗?jié)B性研究[J].節(jié)水灌溉,2010,(12)：60-63.

[4]楊松,程勇俊,吳珺華,等.粗粒土粒徑變化對(duì)強(qiáng)度和壓縮特性的影響[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,29 ( 4)：562-565.

[5]周春生,柴建華,史海濱,等.水質(zhì)對(duì)膨潤(rùn)土防水毯防滲效果影響研究[J].節(jié)水灌溉,2006,(6)：27-30.

TU502

A

1007-6344（2017）09-0294-01

國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201610749025）

張鵬(1993-)，男，河北張家口人，研究生，研究方向：巖土工程