不同改良材料改良黃土試驗(yàn)對(duì)比研究

巨之通， 祝艷波， 劉振謙， 曾健峰， 閆盛熠

（長安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，西安 710054）

黃土在我國西北地區(qū)分布廣泛，具有水穩(wěn)性差、浸水軟化等問題［1］. 隨著近年來我國西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工程建設(shè)規(guī)模與日俱增，對(duì)黃土力學(xué)性能和抗水敏感性要求也日趨嚴(yán)格. 雖然黃土在天然低濕度下表現(xiàn)出高強(qiáng)度低壓縮的特性，但當(dāng)它遇水增濕時(shí)，常發(fā)生強(qiáng)度的大幅驟降和變形的大幅突增［2］. 有研究表明，在黃土中摻入各種穩(wěn)定劑可改善黃土的物理力學(xué)性能. 夏瓊等人利用水泥改良黃土強(qiáng)度取得了良好的效果［3］. 曾軍通過研究發(fā)現(xiàn)石灰對(duì)于紅黏土的力學(xué)性能有很大影響并通過實(shí)驗(yàn)確定了最優(yōu)石灰摻量［4］. 這些傳統(tǒng)的化學(xué)添加劑能夠降低黃土的含水量，增加密實(shí)度，改善黃土的物理力學(xué)性能. 但是由于這些化學(xué)添加劑會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的負(fù)面影響，因此人們開始尋找傳統(tǒng)改良材料的替代品. 賀智強(qiáng)等人在黃土中摻入木質(zhì)素，改善了黃土的強(qiáng)度和崩解性［5］. 杜振江等人利用廢棄輪胎條改良黃土剪切強(qiáng)度，改良效果較為顯著，為黃土改良提供了新方法新思路［6］. 前人不僅對(duì)改良黃土的物理力學(xué)性能進(jìn)行了大量的研究，對(duì)黃土水敏特性的研究也從未停止［7］. 許淑珍通過開展非飽和壓實(shí)黃土毛細(xì)作用試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，長細(xì)比對(duì)壓實(shí)黃土的初期毛細(xì)上升速率有影響［8］. 李喜安等人利用自行研制的黃土崩解儀進(jìn)行原位崩解試驗(yàn)，得出黃土主要有崩離、迸離和解離3種作用方式的結(jié)論［9］. 王菁莪等人通過開展非飽和重塑黃土的崩解性試驗(yàn)，得到了平均崩解速度與初始基質(zhì)吸力的關(guān)系曲線［10］.

以上關(guān)于黃土改良和水敏性研究成果顯著，但針對(duì)改良黃土的研究大多集中在黃土的強(qiáng)度特征上，對(duì)于黃土水敏特性改良的研究較少，且研究不夠全面. 因此，本文從傳統(tǒng)的改良材料、新型的碳纖維建筑加固材料和超細(xì)納米級(jí)顆粒材料中分別選取生石灰、聚丙烯纖維和納米二氧化硅作為三種代表性材料，對(duì)經(jīng)以上三種改良材料改良后的黃土強(qiáng)度特性和水敏特性進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究. 通過開展直剪試驗(yàn)、崩解特性試驗(yàn)、吸水特性試驗(yàn)，探究相同干密度和含水率下，不同改良材料、不同摻入比對(duì)黃土強(qiáng)度特性和水敏特性的改良效果. 同時(shí)借助水滴入滲和電鏡掃描試驗(yàn)探究改良黃土的微觀作用機(jī)制，這對(duì)于改良黃土在工程中的實(shí)際應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值.

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

本研究所選用黃土為取自延安治溝造地現(xiàn)場(chǎng)的Q2黃土. 按土工試驗(yàn)規(guī)程取土，取土后做好密封包裝，然后運(yùn)抵實(shí)驗(yàn)室并立即開展室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)和水敏特性試驗(yàn). 試驗(yàn)所用黃土基本物理參數(shù)如表1所示，顆粒分布曲線如圖1所示. 本文所用三種改良材料中，聚丙烯纖維產(chǎn)自西安藍(lán)翔化工有限公司，規(guī)格15 mm，纖維類型為束狀單絲. 納米二氧化硅產(chǎn)自山東省壽光市昌泰維納化工廠，純度99%，粒徑7～40 nm.生石灰的CaO含量≥99%. 試驗(yàn)所用水為蒸餾水.

表1 延安Q2黃土主要物理指標(biāo)測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test results of main physical indexes of Yan’an Q2 loess

圖1 顆粒分布曲線Fig.1 Particle distribution curve

1.2 試驗(yàn)方法

將土樣風(fēng)干、碾碎、過2 mm篩后與指定摻入比的改良材料拌和均勻后加入蒸餾水至指定含水率，采用壓樣法制備環(huán)刀試樣. 試樣制好后用保鮮膜密封包裹防止水分蒸發(fā)導(dǎo)致含水率發(fā)生變化，用于后續(xù)試驗(yàn). 重塑試樣干密度1.5 g/cm3，初始含水量10%. 定義改良材料的質(zhì)量摻入比為改良材料質(zhì)量占黃土土粒的質(zhì)量比重. 干態(tài)納米二氧化硅的摻入比設(shè)置為0%、0.2%、0.4%、0.8%、1%、1.5%和2%共7個(gè)變化點(diǎn). 聚丙烯纖維的摻入比設(shè)置為0%、0.25%、0.5%、0.75%、1%、1.5%和2%共7個(gè)變化點(diǎn)，生石灰的摻入比設(shè)置為0%、3%、6%、9%、12%共5個(gè)變化點(diǎn).

直剪試驗(yàn)采用應(yīng)變控制式直剪儀進(jìn)行，剪切速率為0.8 mm/min，垂直壓力分別為50、100、200、400 kPa.崩解試驗(yàn)采用自制簡易崩解儀進(jìn)行，將土樣放于鐵絲網(wǎng)中心處，隨著土樣不斷崩解，量筒刻度也隨之發(fā)生變化，記錄量筒的初始讀數(shù)和崩解過程中的瞬時(shí)讀數(shù)，直至土樣不再崩解時(shí)停止讀數(shù). 吸水試驗(yàn)采用基于連通器原理設(shè)計(jì)的自制吸水儀進(jìn)行，通過精度為0.01 g的電子天平記錄進(jìn)入黃土中的水量. 試驗(yàn)所用自制吸水儀和自制崩解儀如圖2所示. 水滴入滲試驗(yàn)采用滴水穿透時(shí)間法，用標(biāo)準(zhǔn)滴定管將體積為0.05 mL的蒸餾水滴到黃土表面，用秒表記錄黃土表面反光現(xiàn)象完全消失的時(shí)間，即水滴完全入滲的時(shí)間. 設(shè)置四組平行樣，取水滴完全滲入時(shí)間的算術(shù)平均值作為單個(gè)黃土的水滴入滲時(shí)間. 根據(jù)水滴完全入滲時(shí)間，比較不同改良土的斥水性強(qiáng)弱［11］.

圖2 自制吸水儀和崩解儀Fig.2 Self-made water absorption and disintegration equipment

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 直剪試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖3為經(jīng)不同材料處理后的黃土的代表性強(qiáng)度特征曲線. 由圖3分析可知：①納米二氧化硅處理后峰值應(yīng)力較未處理黃土明顯增大，同時(shí)脆性增大，達(dá)到峰值后應(yīng)力值緩慢下降直至趨于穩(wěn)定，保留了較高的殘余強(qiáng)度，強(qiáng)度增強(qiáng)效果明顯. ②聚丙烯纖維處理后的黃土的應(yīng)力值一直在緩慢增長，沒有出現(xiàn)峰值，這是因?yàn)榫郾├w維的隨機(jī)分布形成的空間三維網(wǎng)絡(luò)大大削弱了剪切過程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中，從而有效地增強(qiáng)了黃土的韌性. ③生石灰改良后的黃土存在明顯的應(yīng)力峰值點(diǎn)，達(dá)到應(yīng)力峰值點(diǎn)后，應(yīng)力值呈斷崖式下跌，呈現(xiàn)出明顯的脆性破壞特征.

圖3 經(jīng)不同改良材料處理后的黃土的代表性強(qiáng)度特征曲線（正應(yīng)力100 kPa）Fig.3 Representative strength characteristic curves of loess treated with different improved materials（normal stress 100 kPa）

不同改良材料、不同摻入比下黃土抗剪強(qiáng)度參數(shù)變化如圖4 所示. 由圖4（a）可知，黃土中摻入生石灰后，由于水化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)生成的膠結(jié)物質(zhì)對(duì)土顆粒的膠結(jié)作用，導(dǎo)致黏聚力大幅增長，并在摻入比為6%時(shí)達(dá)到峰值. 摻入比繼續(xù)增加，黏聚力逐漸減小，這是因?yàn)槌跏己枯^低，更多的生石灰加入黃土后沒有足量水分與之反應(yīng)，部分生石灰粉末會(huì)抑制土顆粒的接觸，導(dǎo)致黏聚力下降. 內(nèi)摩擦角整體上隨著生石灰摻入比的增加呈正相關(guān)，在摻入比為6%時(shí)達(dá)到峰值，但是增大趨勢(shì)較黏聚力不明顯，這與生石灰發(fā)生水化反應(yīng)生成的形狀不規(guī)則、具有一定棱角的晶體物質(zhì)增大了顆粒間的表面摩擦和由于充填嵌入作用產(chǎn)生了更大的咬合力有關(guān). 從強(qiáng)度特征和經(jīng)濟(jì)效益來看，推薦使用摻入比為6%的生石灰. 由圖4（b）可知，聚丙烯纖維加入黃土后，類似于混凝土中的鋼筋，兩端錨固在黃土中起到了捆綁與橋接作用. 聚丙烯纖維主要通過增大內(nèi)摩擦角提高抗剪強(qiáng)度，內(nèi)摩擦角在不同摻入比下，最大增幅達(dá)到22.4%. 摻入比為2%時(shí)，由于聚丙烯纖維摻量過大而不能均勻分散，在黃土中形成類似于巖體中的軟弱夾層反而不利于黃土強(qiáng)度的提升，因此造成黏聚力在該摻入比下猛增的失真現(xiàn)象. 由圖4（b）可知聚丙烯纖維摻入比為1%與1.5%時(shí)，黃土的內(nèi)摩擦角僅相差2.5°，但綜合強(qiáng)度要求、易于操作和經(jīng)濟(jì)效益來看，推薦使用摻入比為1%的聚丙烯纖維. 由圖4（c）可知，經(jīng)納米二氧化硅處理后的黃土黏聚力顯著增加，除個(gè)別點(diǎn)外，黏聚力與納米二氧化硅的摻入比成正相關(guān). 較未處理黃土，定量表現(xiàn)為不同摻入比下的最大黏聚力約為未處理黃土的12倍. 納米二氧化硅的加入起到了顯著的充填效應(yīng)，導(dǎo)致微小孔隙的數(shù)量減少，黃土本身的顆粒級(jí)配得到優(yōu)化，結(jié)構(gòu)更密實(shí)，強(qiáng)度也更大. 在較低干密度下，推薦使用摻入比為1.5%的納米二氧化硅.

圖4 經(jīng)不同摻入比的不同改良材料處理后黃土的抗剪強(qiáng)度變化圖Fig.4 Variation of shear strength of loess after treatment with different improved materials with different mixing ratios

2.2 崩解試驗(yàn)結(jié)果及分析

黃土的崩解特性是指黃土在浸水后由于土粒周圍水膜厚度增加的速率不同而導(dǎo)致土粒間的聯(lián)結(jié)弱化，從而表現(xiàn)出土隱蔽裂隙的開裂，進(jìn)而使黃土分成塊狀或粒狀的現(xiàn)象［12］.

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制崩解量隨時(shí)間變化曲線（見圖5）. 由圖5可以看出：①黃土崩解速率十分迅速，一遇水就開始崩解，從整個(gè)崩解曲線來看呈近似陡峭的直線，整個(gè)崩解過程中崩解速率較為穩(wěn)定. ②黃土的耐崩解性在加入了不同摻入比的聚丙烯纖維后有了不同程度的提高，聚丙烯纖維摻入比在未超過1.5%的范圍內(nèi)，隨著摻入比的增加，黃土崩解速率和最終崩解量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，黃土完整性變好，抗崩解性能顯著增強(qiáng)，最終留下未能崩解的外部松軟而內(nèi)部仍有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的崩解核. 這一方面是因?yàn)榫郾├w維的聯(lián)鎖和捆綁作用限制了裂縫的形成和發(fā)展，孔隙的連通性有所降低，使水分難以進(jìn)入黃土或者部分水分進(jìn)入后引起黃土膨脹破壞時(shí)，聚丙烯纖維會(huì)約束這種變形，有效地提高了黃土的抗變形能力. 另一方面，聚丙烯纖維有一定的吸水作用，會(huì)吸收一定量的水分. 由圖5（a）可知，與摻入比為1.5%的處理組相比，當(dāng)聚丙烯纖維的摻入比繼續(xù)加大至2%時(shí)，黃土耐崩解性變得更差，說明聚丙烯纖維摻入量過高時(shí)，纖維不能在黃土中均勻分散，會(huì)以簇狀或團(tuán)狀聚集，反而不利于黃土的耐崩解性. ③生石灰在較高摻入比下對(duì)黃土耐崩解性提升效果不明顯，3%的摻入比下對(duì)黃土的耐崩解性提升效果最好，黃土最終崩解量僅為8%，極大提高了黃土的完整性和耐崩解性. 生石灰摻入比較低時(shí)，剛好能與黃土中的水分反應(yīng)較為完全，導(dǎo)致黃土結(jié)構(gòu)更牢固，耐崩解性能更好. 隨著摻入比繼續(xù)增加，未反應(yīng)生石灰粉末增多，遇水迅速反應(yīng)，反應(yīng)較劇烈，且伴隨有熱量產(chǎn)生，這不利于黃土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，因此耐崩解性較未處理黃土提升不明顯. ④經(jīng)不同摻入比的納米二氧化硅處理后的黃土崩解量變化曲線圖較未處理黃土更陡，斜率更大，至完全崩解所需時(shí)間更少，說明納米二氧化硅對(duì)黃土的耐崩解性不能起到正向的增強(qiáng)作用. 這可能是因?yàn)殡S著納米二氧化硅摻入比的持續(xù)增加，黃土的顆粒尺寸變粗，結(jié)構(gòu)變得更疏松，導(dǎo)致耐崩解性降低.

圖5 經(jīng)不同摻入比的不同改良材料處理后的黃土崩解量變化曲線圖Fig.5 Change curve of disintegration amount of loess treated with different improved materials with different mixing ratios

2.3 吸水試驗(yàn)結(jié)果及分析

黃土具有高孔隙型的強(qiáng)毛細(xì)管吸收力，毛細(xì)現(xiàn)象十分明顯. 經(jīng)不同改良材料處理后的黃土的連續(xù)吸水過程曲線對(duì)比圖如圖6所示，可以看出：①添加了不同改良材料的黃土的連續(xù)吸水質(zhì)量在940 s左右達(dá)到峰值，此后，吸水質(zhì)量不再產(chǎn)生顯著變化. 吸水質(zhì)量曲線有明顯的拐點(diǎn)，拐點(diǎn)之前黃土吸水質(zhì)量呈非線性增加，吸水速率呈不斷下降趨勢(shì). 在拐點(diǎn)之后黃土吸水質(zhì)量變化較小，最后吸水質(zhì)量不再增加，達(dá)到飽和狀態(tài).②聚丙烯纖維在較高摻入比下，抑制黃土內(nèi)部毛細(xì)吸水作用效果良好，表現(xiàn)為吸水速率下降和最終吸水質(zhì)量的減小. 這是因?yàn)榫郾├w維的加入降低了黃土內(nèi)部孔隙的連通性，阻礙水分進(jìn)入土顆粒時(shí)空氣溢出對(duì)黃土結(jié)構(gòu)的破壞，孔隙中的飽水程度降低. ③生石灰對(duì)黃土吸水性的改良效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于聚丙烯纖維，最終吸水質(zhì)量較未處理黃土大幅度下降. 生石灰摻入比為3%時(shí)，對(duì)黃土吸水性的改良效果最為顯著. 這主要是因?yàn)樯铱梢宰璧K黃土中毛細(xì)水的上升作用，有效削弱因黃土中毛細(xì)水上升導(dǎo)致的黃土強(qiáng)度弱化和遇水穩(wěn)定性下降等問題. ④納米二氧化硅摻入比為0.2%時(shí)，會(huì)抑制黃土的毛細(xì)吸水作用，這是因?yàn)榈秃考{米二氧化硅的加入引起了孔隙、團(tuán)聚體的填充效應(yīng)，導(dǎo)致孔隙率有所降低，密實(shí)度增加，內(nèi)部部分毛細(xì)通道被堵塞，毛細(xì)現(xiàn)象減弱. 當(dāng)納米二氧化硅的摻入比大于0.2%時(shí)，對(duì)黃土的毛細(xì)作用有促進(jìn)作用. 這是因?yàn)榧{米二氧化硅含量較高時(shí)，由于涂層效應(yīng)的存在，納米二氧化硅涂層對(duì)顆粒之間的接觸有抑制作用，黃土表現(xiàn)出較為松散的填料狀態(tài). ⑤從吸水質(zhì)量曲線來看，3種改良材料中對(duì)黃土的毛細(xì)吸水性抑制效果最好的為生石灰，其次為聚丙烯纖維，納米二氧化硅僅在較低摻入比下才能起到抑制黃土毛細(xì)吸水的作用.

圖6 經(jīng)不同摻入比的不同改良材料處理后黃土的時(shí)間—吸水質(zhì)量曲線圖Fig.6 Time-water absorption curve of loess after treatment with improved materials with different mixing ratios

經(jīng)不同改良材料處理后的黃土最終吸水質(zhì)量變化如圖7所示. 以最終吸水質(zhì)量來表征不同改良黃土的毛細(xì)吸水性能，最終吸水質(zhì)量越小，表明抑制毛細(xì)吸水性能的效果越好. 從圖7（a）可知，經(jīng)生石灰處理后的黃土，除12%摻入比的處理組外，其余處理組中黃土的最終吸水質(zhì)量較未處理黃土下降幅度明顯. 其中經(jīng)3%摻入比的生石灰處理后，黃土的最終吸水質(zhì)量最小，僅為11.9 g，約為未處理黃土的53%. 以上結(jié)果表明在一定摻入比范圍內(nèi)，生石灰對(duì)抑制黃土內(nèi)部毛細(xì)吸水作用顯著，可有效削弱黃土因毛細(xì)吸水現(xiàn)象引起的水穩(wěn)性下降的問題. 圖7（b）表明，聚丙烯纖維在摻入比超過2.5%時(shí)，會(huì)抑制黃土的毛細(xì)吸水性，且摻入比越大，對(duì)黃土的毛細(xì)吸水性的抑制效果越明顯. 這是因?yàn)辄S土干密度較低，聚丙烯纖維在較低摻入比下對(duì)黃土整體結(jié)構(gòu)影響不大，隨著摻入比增大，黃土整體結(jié)構(gòu)得到強(qiáng)化，毛細(xì)作用得到抑制. 從圖7（c）可知，經(jīng)摻入比為0.2%的納米二氧化硅處理后，黃土的最終吸水質(zhì)量較未處理黃土減少了2.9 g. 超過此摻入比后，黃土的最終吸水質(zhì)量都高于未處理黃土，表明增大納米二氧化硅的摻入比，不但不能抑制黃土的毛細(xì)吸水作用，還會(huì)促進(jìn)黃土的毛細(xì)吸水作用. 以上結(jié)果表明，試驗(yàn)所用的三種改良材料對(duì)黃土毛細(xì)吸水作用的影響不同，其中生石灰抑制毛細(xì)吸水現(xiàn)象效果明顯，聚丙烯纖維在較高摻入比下也會(huì)使毛細(xì)吸水現(xiàn)象減弱，而納米二氧化硅在較高摻入比下會(huì)使毛細(xì)吸水現(xiàn)象更顯著.

圖7 經(jīng)不同摻入比的不同改良材料處理后黃土的最終吸水質(zhì)量變化圖Fig.7 Change of final water absorption quality of the loess after treatment with different modified materials with different mixing ratios

2.4 水滴入滲試驗(yàn)結(jié)果及分析

斥水土是指土顆粒表面很難或不能被水分濕潤，反映了土對(duì)于外界水分的抵抗能力［13］. 由圖8和表2可知，未處理黃土和不同改良材料處理后的黃土表面土水接觸面積較大，均以水膜的形式覆蓋于黃土表面，黃土表面呈親水性. 未處理黃土、納米二氧化硅改良黃土和聚丙烯纖維改良黃土的入滲痕跡輕微且消散較快，生石灰改良黃土表面的水滴入滲痕跡較為明顯，在較長時(shí)間內(nèi)入滲痕跡仍然清晰可辨，水分入滲速率下降，這是因?yàn)辄S土內(nèi)部部分孔隙被生石灰與水反應(yīng)的生成物阻擋所致［14］.

圖8 不同改良黃土表面水滴形態(tài)Fig.8 Droplet shape on different modified loess

表2 不同改良黃土水滴入滲時(shí)間Tab.2 Water droplet infiltration time of different improved loess water drops

以上結(jié)果表明，納米二氧化硅、聚丙烯纖維和生石灰對(duì)黃土的斥水性提升效果不明顯，不能有效提高黃土的主動(dòng)阻水性. 有關(guān)研究表明大孔隙為黃土中水分入滲的主要通道，其次為中孔隙［15］. 納米二氧化硅和聚丙烯纖維處理后的黃土在很大程度上仍然保留了原始的孔隙結(jié)構(gòu)，黃土的大孔隙沒有發(fā)生徹底破壞，沒有形成新的、優(yōu)越的抵抗水分入滲的結(jié)構(gòu)，因此提高黃土斥水性效果不明顯. 生石灰作為傳統(tǒng)的化學(xué)改良劑加入黃土后，發(fā)生了水化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)，反應(yīng)生成物對(duì)大孔隙的填充效果較差，表層水仍能很快入滲，對(duì)黃土斥水性和主動(dòng)阻水性提升效果極為有限.

2.5 掃描電鏡試驗(yàn)結(jié)果及分析

電鏡掃描結(jié)果見圖9. 圖9（a）顯示，未處理的黃土顆粒排列十分松散，結(jié)構(gòu)不緊湊，孔隙之間多互相連通，孔隙空間大，顆粒間接觸的主要方式為點(diǎn)接觸，面接觸較少，從而導(dǎo)致有效接觸面積小. 圖9（b）顯示，原先黃土中存在的團(tuán)粒間的大孔隙隨著生石灰的加入而減少，部分大孔隙消散，孔隙連通性減弱，結(jié)構(gòu)較未處理黃土更密實(shí). 這主要是因?yàn)樯翌w粒本身可以起到填充部分大孔隙的作用，同時(shí)生石灰與水反應(yīng)生成的膠結(jié)物能夠?qū)Φ募?xì)小顆粒起到包裹的作用，使黃土中原先存在的大量散粒聚集成團(tuán)，團(tuán)粒間仍然存在部分大孔隙，接觸方式以原先點(diǎn)接觸為主過渡到以面接觸為主，整體性提高. 圖9（c）顯示，納米二氧化硅加入黃土中發(fā)生了充填、包裹、膠結(jié)等物理變化，顆粒尺寸變粗. 納米二氧化硅的充填效應(yīng)發(fā)生在顆粒之間或聚合體之間的孔隙中，減少了黃土中的孔隙數(shù)量，從而優(yōu)化了黃土的級(jí)配，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ). 圖9（d）表明，聚丙烯纖維在黃土中隨機(jī)分布形成了三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，兩端錨固在黃土中，類似于混凝土中的鋼筋，與黃土之間的相互作用形成了聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)，黃土的抗滑阻力提高，土顆粒的相對(duì)移動(dòng)受到限制，改良黃土顆粒結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為得到優(yōu)化.

3 結(jié)論

黃土具有強(qiáng)度低，毛細(xì)現(xiàn)象強(qiáng)烈，遇水易崩解，耐水性差等特性，在工程中不宜直接使用，容易造成人員和財(cái)產(chǎn)損失，必須進(jìn)行改良. 因此，本文通過對(duì)比試驗(yàn)研究了三種不同改良材料對(duì)黃土的強(qiáng)度特性和水敏特性的改良效果，主要得到以下結(jié)論：

1）用不同摻入比的聚丙烯纖維、生石灰和納米二氧化硅處理黃土后，抗剪強(qiáng)度得到提升，其中納米二氧化硅和生石灰主要通過增大黃土的黏聚力來增加黃土的抗剪強(qiáng)度，從而使黃土的力學(xué)特性得以改善. 聚丙烯纖維主要通過增大黃土的內(nèi)摩擦角來增加黃土的抗剪強(qiáng)度. 綜合考慮強(qiáng)度特征、易于操作和經(jīng)濟(jì)效益得出，使用生石灰、聚丙烯纖維和納米二氧化硅改良黃土的最佳摻入比分別為6%、1%和1.5%.

2）經(jīng)聚丙烯纖維和生石灰處理后的黃土的崩解速率和吸水速率降低，黃土耐崩解性增強(qiáng)，內(nèi)部毛細(xì)作用得到不同程度的抑制. 高含量的納米二氧化硅會(huì)使黃土顆粒尺寸變粗，結(jié)構(gòu)變得更疏松，對(duì)黃土的耐崩解性和抵抗毛細(xì)吸水性不能起到正向的增強(qiáng)作用.

3）本文選取的3種改良材料加入黃土后，黃土表面抵抗水分入滲的能力沒有得到顯著改善，仍屬于親水性土.

4）不同改良材料對(duì)黃土的強(qiáng)度特性和水敏特性的改良效果不同，在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體工程對(duì)某一方面的要求，選擇某種單一的改良材料或者同時(shí)加入多種改良材料，力求在達(dá)到工程要求的同時(shí)也能兼顧經(jīng)濟(jì)成本.