桂林紅黏土的擊實特性研究

劉 偉

(三峽大學土木與建筑學院,湖北 宜昌 443002)

0 引言

紅黏土屬于一類特殊土，它是母巖在特殊的氣候條件下歷經(jīng)系列復雜的紅土化作用而形成的產(chǎn)物[1]，廣泛分布于我國湖南、廣西、貴州、云南等地區(qū)，具有天然含水量高、高孔隙比、易成團等特性，致使應用于工程建設時難以壓實。此外，壓實后的紅黏土仍然存在遇水易軟化的特性，吸水后強度亦會發(fā)生急劇衰減，誘發(fā)大量工程災害[2]。因此紅黏土一般很少直接用于工程中，但是其自身又具有強度高，低壓縮的物理特性?？紤]到成本因素和環(huán)境保護的影響，在工程中很難做到完全棄用紅黏土。實際工程中，常采用控制紅黏土最大干密度和壓實度這兩個指標進行實際的填筑。為此許多學者都進行了一系列的室內試驗來探討紅黏土壓實度以及最大干密度對其力學性能影響的研究。萬智等[3]針對湘西南的特殊氣候及地質條件，開展了紅黏土填料含水率、松鋪厚度、碾壓機械等多種因素組合下的現(xiàn)場試驗研究，提出了相應的壓實控制建議。談云志等通過研究湖南段的紅黏土，開展了一系列室內試驗探討了壓實度變化對各力學指標的影響，提出了壓實度降低的建議標準。聶慶科等[5]研究了廣西靖西紅黏土不同擊實功下，擊實后紅黏土的強度與固結特點。

考慮到紅黏土大多處在濕熱地區(qū)，其天然含水率較大。紅黏土因自身特殊性，不同含水率對應的最大干密度不同，因此受現(xiàn)場施工條件影響，填筑狀態(tài)也不同。本文通過取自廣西桂林地區(qū)

的一種紅黏土進行了兩種不同方法的擊實試驗，分析了兩者間差異的主要因素，為該地區(qū)后續(xù)的工程建設提供部分參考。

1 材料及方法

1.1 試驗材料

試驗用土取自桂林市雁山區(qū)某高等?？茖W校所在教學大樓工地，埋深約為5 m，天然干密度為1.28 g/cm3(見圖1)，天然含水率41%，其他物理參數(shù)詳見表1，表2。從表1和表2可以看出，試驗用土符合紅黏土的典型特征，具有高含水率、高孔隙、高液限和低壓縮的特點。

表1 紅黏土的物理性質指標

天然含水率ω/%天然密度ρ0/g·cm-3天然干密度ρd/g·cm-3比重Gs孔隙比e0飽和度Sr液限WL塑限WP塑性指數(shù)IP41.01.811.282.741.13499.052.031.021.0

表2 紅黏土的力學性質指標

1.2 試驗方法

1.2.1試驗儀器

采用河北路建儀器制造有限公司生產(chǎn)的多功能電動擊實儀進行試驗。并采用南京土壤儀器廠生產(chǎn)的脫模機對擊實試樣進行脫模。

1.2.2試驗工況

根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》[6]，本試驗采用重型擊實試驗時，至少準備5個試樣。根據(jù)此要求，本文對試驗的試樣準備進行5個梯度的含水率土樣進行土的擊實試驗。而試驗又分為干土法和濕土法兩種不同的方法進行，因此至少準備10種工況。

1.2.3試驗步驟

根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》[6],試驗筒的類別采用重型Ⅱ-2，試筒尺寸內徑為152 mm，高度170 mm；試樣尺寸高度120 mm，體積為2 177 cm3。擊實儀中錘質量為4.5 kg，落高為50 mm，單位體積擊實功為2 677.2 kJ/m3。試驗土樣按2種方式制備，分別采用干土法和濕土法。干土法，先將土樣烘干，然后按梯度分別加入不同水分，拌勻后燜料24 h備用；濕土法則是將原狀紅黏土分成小土塊，分別風干脫濕，并在脫濕到不同梯度的含水率后用以試驗。在同比上抹一層凡士林，并在墊塊上放置蠟紙或塑料薄膜，然后按三層法擊實成型，每層做拉毛處理。

擊實試驗完成后將試樣通過脫模儀取出，在試樣內部取部分土樣并測定其含水率，計算至0.1%。

2 試驗結果及分析

2.1 干土法試樣擊實結果

圖2～圖4為桂林紅黏土的擊實結果，其中圖2為干土法下的擊實，圖3為濕土法下的擊實結果。兩種方法下所獲得的擊實曲線均符合典型擊實曲線特征。當采用干土法擊實時，擊實曲線存在一個波底和一個波峰，波峰對應該紅黏土的最大干密度，波底則是由于采用干土法導致紅黏土失水內部結構發(fā)生變化產(chǎn)生的情況，會在分析里做出說明。采用濕土法擊實時，擊實曲線存在整體符合典型擊實曲線的規(guī)律，即存在一個峰值為最大干密度。

對比兩組試驗數(shù)據(jù)，可以明顯看出，在低含水率時即含水率為10%～25%，干土法的最大干密度呈減小的趨勢，從1.35 g/cm3

減小到1.33 g/cm3。而采用濕土法時，最大干密度則呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，從1.26 g/cm3增加到1.32 g/cm3。當含水率處于10%～23%之間時，干土法的擊實曲線整體上都在濕土法的擊實曲線，表現(xiàn)出的結果為干土法的干密度均高于濕土法的干密度。含水率在23%～40%這個區(qū)間時，干土法的擊實曲線與濕土法的擊實曲線分布規(guī)律總體接近，但是干土法的擊實曲線要低于濕土法的擊實曲線即干土法的干密度要小于濕土法的干密度，與前一個含水率區(qū)間所得結果相反。

2.2 紅黏土擊實特性分析

紅黏土不同方法下備樣所存在的擊實差異，主要原因是由于紅黏土內部含水率減小后，土體內部基質吸力減小，土顆粒失水收縮，顆粒間膠結物質受到破壞，這個過程具有不可逆性。這也是在最優(yōu)含水率附近區(qū)間時即25%～40%，干土法的干密度始終小于濕土法的原因。而在低含水率時，干土法采用的是重塑土，內部孔隙水排出量要多于濕土法的土樣，因此更易被擊實，隨著含水率增大但含水率仍處于一個較低水平，水分僅附著在土顆粒表面，土團內部很難濕潤，因此呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。而濕土法下的試樣仍有部分成團，難以被壓縮。

3 結語

通過對桂林紅黏土采用不同的方法進行擊實試驗得到的擊實曲線存在部分差異，但總體規(guī)律基本相同。其中采用干土法獲得的最大干密度要小于濕土法獲得的最大干密度，這與采用重塑土進行試驗有關。實際工程應根據(jù)相關情況采用合理的方法進行試驗獲得準確的擊實曲線。