混合纖維改良紅黏土性質(zhì)試驗研究

李穎 粟梅 李繼愛

（六盤水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院，貴州六盤水 553004）

0 引言

紅黏土是碳酸鹽巖類風(fēng)化的產(chǎn)物，具有高含水率，遇水膨脹、失水收縮等特點(diǎn)[1]。在貴州，紅黏土的發(fā)育極其典型且遍布全省，是工業(yè)與民用建筑主要的天然地基，另外，紅黏土與其邊坡工程及巖溶生態(tài)環(huán)境的改善密切相關(guān)。因此，紅黏土的強(qiáng)度規(guī)律研究顯得尤為重要，為滿足貴州西南地區(qū)的修建高速公路與高速鐵路等建筑信息工程建設(shè)項目在紅黏土地區(qū)開展的需求，將對紅黏土進(jìn)行改良設(shè)計，分析其物理力學(xué)性質(zhì)[4]，為工程實踐提供理論依據(jù)。

1 試驗研究材料選取及試驗設(shè)計

1.1 試樣原材料選取

試驗取用土樣來自六盤水師范學(xué)院龍山校區(qū)模苑地區(qū)的紅黏土，土體呈褐紅色，土質(zhì)均勻，無碎石等雜質(zhì)，具有一定的代表性。其主要含量有鋁，鋁鐵和氧化硅膠結(jié)。風(fēng)化程度較高，礦物成分含量豐富。

試驗選用的玄武巖纖維由玄武巖礦物熔融拉絲而成，具有環(huán)境污染小、彈性模量大、抗拉強(qiáng)度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)[2]。

試驗選用聚丙烯腈纖維，它具有良好的親和性[3]。

1.2 試驗設(shè)計

將不同比例的混合纖維摻入制備的土樣中，比例分別為0%、3%、6%、9%、12%。當(dāng)含水率都為27.74%時，按不同比例平行制樣，為減小誤差，須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行固結(jié)試驗[4]。

固結(jié)試驗：固結(jié)試驗的土樣制備需要嚴(yán)格控制，并測定其土樣的密度，抽取一定量的土樣用于測定含水率。試驗過程中為防止土樣水分蒸發(fā)影響試驗結(jié)果，需將玻璃片蓋住環(huán)刀兩端。將帶有土樣的切土環(huán)刀固定在固結(jié)儀的固結(jié)容器中，確保土樣試件準(zhǔn)確放在加載中心并與固結(jié)容器的各部件之間良好接觸。按照50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa的順序依次加壓。根據(jù)試驗結(jié)束后得出數(shù)據(jù)和計算公式，得到試驗土樣的初始孔隙比、孔隙比、壓縮系數(shù)和壓縮模量的值。

2 試驗結(jié)果和分析

不同比例摻入量的混合纖維對紅黏土的孔隙比影響關(guān)系如圖1所示。

在摻入不同比例下混合纖維對紅黏土的壓縮系數(shù)和壓縮模量影響關(guān)系曲線圖，分別見圖2、圖3。

圖3 混合纖維不同比例摻入量與壓縮模量關(guān)系圖

結(jié)果分析：

（1）通過以上實驗數(shù)據(jù)可以得出，混合纖維摻入量的不斷增加，抗壓強(qiáng)度逐漸增大。由圖1 不難看出，加入不同摻量后，在受同一級的壓力荷載時的孔隙比值差距相差不大[5]。

圖1 不同比例摻入量下垂直壓力與孔隙比的關(guān)系圖

（2）從圖2 可得，隨著混合纖維摻入量的增加，紅黏土的壓縮系數(shù)呈先減小后增大的趨勢，在6%時，壓縮系數(shù)取得最小值，由此可以說明，隨著壓縮系數(shù)變小，土的壓縮性也跟著變小。其中最有利于降低紅黏土壓縮性的混合纖維摻量為6%；當(dāng)摻入的混合纖維量為6%～12%時，壓縮系數(shù)呈上升趨勢，且當(dāng)混合纖維的摻入量達(dá)到12%時再次達(dá)到峰值，為最大值。根據(jù)壓縮系數(shù)的數(shù)據(jù)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，0%和12%的壓縮系數(shù)大于0.5，為高壓縮性土，3%到9%的壓縮系數(shù)均低于0.5 且大于0.1，為中壓縮性土。

圖2 混合纖維不同比例摻入量與壓縮系數(shù)的關(guān)系圖

（3）從圖3 得知，本次試驗研究的紅黏土的壓縮模量隨著混合纖維摻入量的增加，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在混合纖維摻入量為6%時達(dá)到峰值，取得極大值，此時對應(yīng)的混合纖維摻入量最有利于降低土的壓縮性。在混合纖維摻入量為0%到6%之間，壓縮模量呈上升趨勢，但變化較?。辉诨旌侠w維摻入量為6%到12%之間，壓縮模量變小，且變化相對較大。

3 結(jié)論

通過此次混合纖維對紅黏土的抗壓強(qiáng)度的實驗研究發(fā)現(xiàn)。當(dāng)含水量一定時，混合纖維的加入一方面可以有效的降低紅黏土體的壓縮系數(shù)，提高土體的壓縮模量；提高紅黏土的抗壓強(qiáng)度，另一方面可以減少土體的側(cè)向鼓脹變形量。在混合纖維摻入量為0%到6%中，紅黏土的壓縮模量明顯得到提高，即提高了紅黏土的抗壓強(qiáng)度，并在混合纖維摻入量為6%時，壓縮模量取得最大值，此時的土體為中壓縮性土；而當(dāng)摻入混合纖維的量為大于6%時，土體壓縮模量呈變小趨勢，在12%時由中壓縮性土變?yōu)榱烁邏嚎s性土。因此，混合纖維摻入量為6%時，為最佳的改善土樣壓縮性摻量。