江西紅壤粘土擊實(shí)試驗(yàn)探究

郭曉娟, 李圣凡

(1.江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西 南昌　330029； 2.萍鄉(xiāng)市水利水電勘察設(shè)計(jì)院，江西 萍鄉(xiāng)　337000)

0　引言

紅壤為發(fā)育于熱帶和亞熱帶雨林﹑季雨林或常綠闊葉林植被下的土壤[1]。其主要特征是缺乏堿金屬和堿土金屬而富含鐵﹑鋁氧化物，呈酸性紅色。紅壤在中亞熱帶濕熱氣候常綠闊葉林植被條件下，發(fā)生脫硅富鋁過程和生物富集作用，發(fā)育成紅色，鐵鋁聚集，酸性，鹽基高度不飽和的鐵鋁土[2]。經(jīng)土顆粒分析，江西大部分紅壤屬于粘土，擊實(shí)試驗(yàn)所探究的工程土體即屬于此環(huán)境中的粘土，故稱之為紅壤粘土。

受江南氣候及巖性條件影響，形成了江西境內(nèi)廣泛分布的紅壤粘土，主要分布在丘崗地帶，且多成為水利工程的建筑物地基，或堤壩天然建筑材料。因此，關(guān)于紅壤粘土的擊實(shí)試驗(yàn)研究就顯得尤為重要。

1　概述

1.1　原理概述

室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)是為了確定擾動(dòng)土料在一定量擊實(shí)功能作用下干密度隨含水率變化的關(guān)系曲線，以求得土的最大干密度和最優(yōu)含水率，了解土的壓實(shí)特性，為工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工碾壓提供土的壓實(shí)性資料。

土的壓實(shí)程度與含水率、壓實(shí)功能和壓實(shí)方法都有著密切的關(guān)系。當(dāng)壓實(shí)功能和壓實(shí)方法不變時(shí)，則土的干密度隨含水率的增加而增加；當(dāng)干密度達(dá)到某一最大值后，含水率的繼續(xù)增加反而會(huì)使干密度不斷減小。此一最大值就稱為土料的最大干密度，相應(yīng)的含水率稱為最優(yōu)含水率。

1.2　影響因素

(1)擊實(shí)試驗(yàn)方法擊實(shí)試驗(yàn)分為輕型和重型兩種。兩種儀器尺寸規(guī)格見表1。

表1　輕型、重型試驗(yàn)儀器規(guī)格

(2)土樣制備方法土樣制備方法烘干法、風(fēng)干法和自然法不同所得出的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果也會(huì)有較大的差異*馮友兵，淺析紅粘土擊實(shí)比對(duì)試驗(yàn)，2011。。

(3)余土高度擊實(shí)后余土高度不等，干密度和含水率的曲線就不是一條等功能曲線。因此規(guī)程規(guī)定余土高度不得超過6 mm。

(4)潤滑劑擊實(shí)時(shí)在筒壁涂抹一層薄的凡士林可以有效地減小摩擦，大量的研究數(shù)據(jù)表明：涂抹潤滑劑所得的干密度要大于未涂抹潤滑劑的結(jié)果。

(5)土樣重復(fù)使用重復(fù)使用的土樣比表面積小，所得最大干密度要大于未重復(fù)使用的土料。

2　工程實(shí)例

江西省吉安市某堤防加固工程，因堤身填土的最大干密度是評(píng)判填土是否壓實(shí)的重要指標(biāo)之一，因此進(jìn)行了室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)。室內(nèi)試驗(yàn)采用輕型試驗(yàn)方法，余土高度均<6 mm，且都使用了凡士林潤滑劑，土料均未重復(fù)試驗(yàn)。該批土料采用了四種不同的含水率制備方法，對(duì)四種方法的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)研究。該批土料共計(jì)8組，取樣地點(diǎn)為同一料場范圍內(nèi)，其物理性試驗(yàn)和顆粒分析指標(biāo)見表2。成果表明，8組試樣可歸為同一類土。

表2　紅壤粘土物理性試驗(yàn)和顆粒分析指標(biāo)

室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)依據(jù)土樣制備方法不同共分為3組,其中1號(hào)、2號(hào)試樣為烘干土，3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)為風(fēng)干土，7號(hào)、8號(hào)為天然土，而第2組風(fēng)干土又依據(jù)含水率的配制方法不同分為2組，一組是將天然含水率的土風(fēng)干為不同含水率進(jìn)行擊實(shí)，另一組是將土風(fēng)干，然后再加水制備成不同含水率的試樣。擊實(shí)試驗(yàn)成果見表3。

表3　紅壤粘土試驗(yàn)不同制備方法擊實(shí)試驗(yàn)成果對(duì)照表

從以上的試驗(yàn)結(jié)果可以看出因?yàn)橥翗又苽浞椒ǖ牟煌瑥亩鹜翗訐魧?shí)的最終結(jié)果存在不同程度的差異。其中最大干密度以烘干法最大，風(fēng)干法次之，而自然法是最小的，而引起這種差異的原因是由組成紅壤粘土膠粒的主要化學(xué)成分游離氧化鐵的性質(zhì)引起的。因?yàn)橛坞x氧化鐵在巖土中的膠結(jié)作用不僅與它們的含量、分布形式有關(guān)，還與它們的結(jié)晶程度、水化程度等有關(guān)。在105℃的高溫烘干下，游離氧化鐵的結(jié)晶和水化形態(tài)都被高溫破壞蒸發(fā)，從而引起了膠粒性質(zhì)的很大變化，因此烘干法對(duì)紅壤粘土的最大干密度的影響是最大的。

在風(fēng)干法中依據(jù)含水率的配制方法得出的試驗(yàn)結(jié)果中，第一種方法由天然土風(fēng)干成不同含水率進(jìn)行的擊實(shí)試驗(yàn)得出的最大干密度要小于將天然土先風(fēng)干再加土制備不同含水率的試驗(yàn)結(jié)果，這也證明了溫度對(duì)紅壤粘土擊實(shí)試驗(yàn)的影響是很明顯的。

從紅壤粘土這種特殊的性質(zhì)對(duì)工程地質(zhì)的影響考慮，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)最后采用風(fēng)干法中風(fēng)干成不同含水率的擊實(shí)指標(biāo)，這樣更合理和符合實(shí)際情況。

此批紅壤粘土亦檢測了天然含水率及濕密度，從表中可以看出天然狀態(tài)下的干密度達(dá)到1.47 g/cm3，比室內(nèi)烘干法測得的最大干密度1.44 g/cm3還要大許多。這是因?yàn)榧t壤粘土的粘粒含量很高，天然狀態(tài)是經(jīng)過固結(jié)而成的固結(jié)土或超固結(jié)土，土中孔隙內(nèi)的水及空氣在日積月累的固結(jié)過程中慢慢消散直至無法壓縮。而室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)由于受到時(shí)間、空間以及擊實(shí)功等諸多因素影響，無法像天然狀態(tài)一樣使土達(dá)到固結(jié)狀態(tài)，因而它所得出的最大干密度往往較天然狀態(tài)小。

3　結(jié)束語

紅壤粘土作為一種特殊土，在江西境內(nèi)廣泛分布，因而研究它的工程特性對(duì)工程地質(zhì)的影響就顯得尤為重要。實(shí)驗(yàn)證明，在風(fēng)干法中依據(jù)含水率的配制方法得出的試驗(yàn)結(jié)果中，由天然土風(fēng)干成不同含水率進(jìn)行的擊實(shí)試驗(yàn)得出的最大干密度要小于將天然土先風(fēng)干再加土制備不同含水率的試驗(yàn)結(jié)果，且試驗(yàn)溫度對(duì)紅壤粘土擊實(shí)試驗(yàn)成果也具有明顯影響。因此，從紅壤粘土這種特殊的性質(zhì)對(duì)工程地質(zhì)的影響考慮，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)最后采用風(fēng)干法中風(fēng)干成不同含水率的擊實(shí)指標(biāo)，這樣更合理和符合實(shí)際情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]方少文，楊潔.江西省紅壤粘土壤侵蝕與防治技術(shù)研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2010.

[2]黃道友，彭廷柏，陳桂秋，王克林.亞熱帶紅壤丘陵區(qū)季節(jié)性干旱成因及其發(fā)生規(guī)律研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2004(1):124-126.