泥質(zhì)板巖改良土物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)

陳樂求, 張家生, 陳俊樺

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泥質(zhì)板巖改良土物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)

陳樂求1,2, 張家生2, 陳俊樺2

(1. 湖南理工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院, 湖南岳陽 414006; 2. 中南大學(xué)土木工程學(xué)院, 長沙 410075)

在泥質(zhì)板巖土樣中摻入質(zhì)量百分比為4%, 5%, 6%和7%的水泥對土樣進(jìn)行化學(xué)改良. 利用擊實(shí)試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究水泥摻入量對改良土的最大干密度和最優(yōu)含水率的影響、以及不同水泥含量下的養(yǎng)護(hù)齡期、泡水作用和干濕循環(huán)作用對改良土強(qiáng)度的影響, 從強(qiáng)度和水穩(wěn)性等角度分析和探討最優(yōu)水泥含量的選取. 研究結(jié)果表明, 最大干密度和最優(yōu)含水率分別為2.17～2.19 g/cm3和10.4～11.5%, 水泥含量對改良土的最大干密度和最優(yōu)含水率的影響不大; 隨著養(yǎng)護(hù)齡期、泡水天數(shù)的增加, 養(yǎng)護(hù)齡期和泡水作用對改良土強(qiáng)度的影響逐漸變小, 改良土強(qiáng)度趨于穩(wěn)定; 隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加, 改良土強(qiáng)度逐漸降低, 且降低程度呈減小趨勢; 由試驗(yàn)結(jié)果確定的最優(yōu)水泥摻入量為5%. 研究成果可為路基工程中關(guān)于改良土中合理水泥含量的確定以及改良土質(zhì)量評價(jià)等研究提供參考.

路基; 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度; 水穩(wěn)性; 干濕循環(huán); 水泥改良

引言

對于公路或鐵路路基工程, 將就地所取土料應(yīng)用于路基填筑有利于節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本. 當(dāng)就地所取土料達(dá)不到路基填筑要求時(shí), 如土的級配、土的強(qiáng)度和土的水穩(wěn)性等不符合路基設(shè)計(jì)規(guī)范的要求時(shí), 需要對土進(jìn)行改良, 使土滿足路基填筑要求. 改良土的方法主要有物理改良和化學(xué)改良. 通常情況下, 當(dāng)土顆粒級配不滿足要求時(shí), 采用物理改良方法, 如摻入所需的土顆粒去改變級配; 當(dāng)土的水穩(wěn)性不滿足要求時(shí), 采用化學(xué)改良方法. 化學(xué)改良方法一般是通過在土中摻入石灰或者水泥去增強(qiáng)土體內(nèi)部顆粒間的聯(lián)接, 從而提高土的強(qiáng)度、剛度和水穩(wěn)性等[1,2].

從現(xiàn)有研究[2~8]可知, 土的液塑性和擊實(shí)特性等對控制路基的填筑壓實(shí)質(zhì)量至關(guān)重要, 如用擊實(shí)試驗(yàn)測試出的最大干密度等是指導(dǎo)現(xiàn)場填筑壓實(shí)的重要物理參數(shù). 改良土通常也需要研究這些物理性質(zhì). 對于力學(xué)性質(zhì), 通常情況下公路路基滿足填筑要求的主要指標(biāo)為承載比CBR. 而對于鐵路路基填筑, 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是評價(jià)改良土是否適合填筑路基的重要指標(biāo). 目前針對高鐵路基基床填筑, 規(guī)范要求達(dá)到7d齡期的改良土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于350kPa. 相對CBR指標(biāo), 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)獲取較為簡單, 且較方便直接應(yīng)用強(qiáng)度理論評價(jià)改良效果. 因此, 目前無側(cè)限抗壓試驗(yàn)是評價(jià)土的化學(xué)改良效果以及研究改良土力學(xué)性質(zhì)的主要方法[7~9]. 實(shí)際工程中, 環(huán)境條件多變性引起的干濕循環(huán)作用或者長期泡水作用是導(dǎo)致鐵路路基填料土力學(xué)特性退化一個(gè)重要原因, 因此, 與通?？紤]齡期影響的無側(cè)限抗壓試驗(yàn)相比, 泡水后和干濕循環(huán)條件下的無側(cè)限抗壓試驗(yàn)研究主要針對改良土長期水穩(wěn)性[10~12], 如文[10]利用泡水和干濕循環(huán)條件下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)評價(jià)改良土的耐久性能. 根據(jù)日本學(xué)者研究[13~15], 土改良后用于路基填料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度若大于500kPa, 則在水穩(wěn)性和力學(xué)穩(wěn)定性方面均可滿足要求. 該指標(biāo)對公路、鐵路路基填土的改良均有一定的借鑒意義.

板巖在我國分布較廣, 很多公路或者鐵路建設(shè)項(xiàng)目途徑板巖區(qū), 如湖南段內(nèi)的武廣客運(yùn)鐵路建設(shè)項(xiàng)目[16]. 泥質(zhì)板巖破碎后形成的土料遇水易崩解, 水穩(wěn)性差, 不適合直接應(yīng)用于填筑路基. 為使泥質(zhì)板巖土滿足路基填筑要求, 需對其進(jìn)行化學(xué)改良. 實(shí)際工程中, 合理的石灰或者水泥摻入量既能保證經(jīng)濟(jì)效益, 又能確保改良土符合路基填筑要求. 為此, 本文通過在泥質(zhì)板巖土中摻入不同質(zhì)量百分比的水泥制作土樣, 對改良土樣進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)和分別考慮齡期影響、長期泡水和干濕循環(huán)作用影響的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn), 研究泥質(zhì)板巖改良土的物理力學(xué)特性, 綜合評價(jià)改良效果, 以便獲得合理的水泥摻入量, 為關(guān)于泥質(zhì)板巖土如何改良、改良后力學(xué)特性和水穩(wěn)性等研究提供參考.

1 改良土試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)取土于岳陽市區(qū). 土樣為褐黃色的泥質(zhì)板巖土, 較松軟, 手捏成粉末狀, 具吸水性. 土中白云母與綠泥石含量較高[12], 土遇水易軟化、崩解. 對路基填筑來說, 泥質(zhì)板巖土屬不良填料.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在土樣中摻入水泥進(jìn)行化學(xué)改良. 水泥為普通硅酸鹽P.O32.5. 水泥摻入量質(zhì)量百分比分別為4%, 5%, 6%和7%. 以0.96的壓實(shí)度制作土樣, 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)土樣的含水率從擊實(shí)試驗(yàn)得到的最優(yōu)含水率結(jié)果中選取. 設(shè)計(jì)以下4種試驗(yàn):

(1) 對4種水泥含量的改良土樣進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn), 土樣含水率設(shè)計(jì)為: 6%, 8%, 10%, 12%和14%. 通過試驗(yàn)測定最大干密度和最優(yōu)含水率.

(2) 為考慮養(yǎng)護(hù)齡期的影響, 對水泥改良土實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù), 針對4種不同水泥含量的改良土, 分別測定養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到3, 7, 28d時(shí)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度.

(3) 為考慮長期泡水影響或者土的耐水性, 將養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到7和28 d的改良土樣浸泡水中, 觀察泡水現(xiàn)象. 然后針對浸泡時(shí)間為7和15 d的改良土樣, 測定其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度.

(4) 為考慮干濕循環(huán)作用影響, 將養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到28 d的改良土樣進(jìn)行干濕循環(huán), 然后測定3和5次干濕循環(huán)下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度. 干濕循環(huán)試驗(yàn)的具體步驟為[9]: 首先將試樣放入水中泡水2d, 然后取出試樣并用干毛巾擦掉試樣表面水珠, 接著將試樣于室內(nèi)陰涼的地方靜置2d. 以上為1次干濕循環(huán), 1次干濕循環(huán)所需時(shí)間為4 d. 第2~5次循環(huán)依次類推.

2 結(jié)果及分析

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果及分析

改良土水泥含量和最大干密度、最優(yōu)含水率之間的關(guān)系分別如圖1和圖2所示. 從圖1可看出, 未改良土(水泥含量為0%)的最大干密度為2.13 g/cm3, 水泥含量為4%, 5%, 6%和7%的改良土樣的最大干密度分別為2.17, 2.19, 2.17和2.18 g/cm3. 這表明, 摻入水泥后, 泥質(zhì)板巖土樣的最大干密度比未改良土的略大. 即相比未改良土, 改良土樣的壓實(shí)性能變化不大; 改良土的最大密度值在2.17～2.19 g/cm3之間, 當(dāng)水泥摻入量的百分比為5%時(shí), 改良土的最大干密度值達(dá)到最大. 因此, 改良土的最大干密度變化不大, 即水泥摻入量對最大干密度的影響不大. 雖然由擊實(shí)試驗(yàn)獲得的最大干密度變化規(guī)律無法確定最優(yōu)的水泥摻入量, 但是由試驗(yàn)結(jié)果分析可知, 增大水泥摻入量對路基工程填筑的壓實(shí)效果影響不大. 選取合適的水泥摻入量有利于控制路基填筑的經(jīng)濟(jì)成本.

從圖2可看出, 未改良土和改良土的含水率大約在10.4~11.5%之間, 即它們的最優(yōu)含水率變化不大. 對于實(shí)際工程, 當(dāng)水泥含量確定時(shí), 過低的含水率不利于充分發(fā)揮水泥的作用, 過高的含水率則會弱化水泥的固化作用. 因此, 當(dāng)路基土壓實(shí)度一定時(shí), 可參考本文試驗(yàn)中的改良土最優(yōu)含水率和水泥含量的關(guān)系選取合適的含水率配置填土.

2.2考慮標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期影響的試驗(yàn)結(jié)果及分析

不同水泥含量下, 壓實(shí)度為0.96、含水率約為11%的改良土樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系如圖3所示. 圖3中, 隨著養(yǎng)護(hù)齡期增大, 改良土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大. 當(dāng)齡期小于7d時(shí), 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長較快; 當(dāng)齡期大于7d時(shí), 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長較慢, 近似平穩(wěn). 這與針對水泥強(qiáng)度研究得到的普遍規(guī)律相符.

改良土中水泥強(qiáng)度隨齡期增長而增強(qiáng). 通常情況下, 28 d齡期的水泥強(qiáng)度特性已經(jīng)發(fā)揮較為充分. 7 d齡期的強(qiáng)度?？醋魉喟l(fā)揮其加固強(qiáng)度特性的臨界點(diǎn). 例如, 我國鐵路路基工程設(shè)計(jì)以7 d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.35和0.25 MPa分別作為評價(jià)基床底層和基床以下路基改良土是否滿足填筑要求的標(biāo)準(zhǔn)值. 根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)值, 如圖3所示, 水泥含量為4%, 5%, 6%和7%時(shí), 改良土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均滿足要求. 經(jīng)濟(jì)成本隨改良土中水泥含量增大而提高, 根據(jù)我國鐵路路基工程設(shè)計(jì)要求, 從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā), 泥質(zhì)板巖改良土的最優(yōu)水泥含量為4%.

根據(jù)日本鐵道綜合技術(shù)研究所的研究成果, 從長期穩(wěn)定性出發(fā), 當(dāng)改良土強(qiáng)度超過0.5MPa時(shí), 路基的水穩(wěn)性和力學(xué)穩(wěn)定性方面均可滿足填筑要求. 如果將該數(shù)值作為判定改良土強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)的參考指標(biāo), 如圖3中虛線所示, 那么對于水泥含量為5%, 6%, 7%的改良土, 當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期大于等于7d時(shí), 它們的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于0.5 MPa. 因此, 該條件下, 以7d齡期的強(qiáng)度為參考值時(shí), 除了4% 水泥含量的改良土外, 其余水泥含量為5%, 6%, 7%的改良土均符合填筑要求. 該條件下, 改良所需的最優(yōu)水泥含量為5%.

由以上分析可知, 不同水泥含量的改良土的強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期變化具有一定普遍規(guī)律, 當(dāng)這種強(qiáng)度特性一定時(shí), 路基設(shè)計(jì)要求對最優(yōu)改良水泥含量的選取有重要影響, 進(jìn)而影響建設(shè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)成本. 如對于本文試驗(yàn), 采用我國和日本鐵路路基工程改良土強(qiáng)度設(shè)計(jì)參考值時(shí), 最優(yōu)水泥含量分別為4%和5%. 若采用后者, 安全系數(shù)或者安全儲備較高, 但建設(shè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)成本也較高. 孰優(yōu)孰劣, 有待在工程實(shí)踐中不斷檢驗(yàn).

2.3考慮耐水性的試驗(yàn)結(jié)果及分析

(1) 泡水現(xiàn)象描述與分析

不同水泥含量下, 改良土泡水或者浸水現(xiàn)象描述見表1. 表1中, 未改良土(水泥含量為0%)泡水易軟化, 水穩(wěn)性最差, 不適合作為路基填料. 摻入水泥對土樣改良后, 土樣抗水軟化的能力有所提高. 水泥含量越高, 土樣越不易崩解. 水泥含量為4%的改良土的水穩(wěn)性較差, 齡期達(dá)到28d 時(shí)土樣中仍有部分發(fā)生崩解. 而其它水泥含量大于4%的土樣在齡期28d時(shí)均未有崩解. 考慮到28d齡期時(shí)水泥加固強(qiáng)度和長期強(qiáng)度相差不大, 從泡水試驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā), 最優(yōu)水泥含量應(yīng)為5%, 水泥含量大于該數(shù)值的改良土樣可滿足長期水穩(wěn)性要求.

(2) 泡水時(shí)間對改良土強(qiáng)度的影響

由前面的分析可知, 齡期超過28d 后, 水泥含量超過5%的改良土樣滿足水穩(wěn)性要求. 為進(jìn)一步分析滿足長期水穩(wěn)性時(shí)的抗壓性能, 表2給出了養(yǎng)護(hù)齡期為28, 56和90d時(shí)的改良土樣(含水率為11%)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和泡水天數(shù)之間的關(guān)系. 從表2可看出: ①隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加, 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度受泡水天數(shù)的影響逐漸降低. 如表2中齡期達(dá)到90d時(shí), 不同水泥含量的改良土對應(yīng)7和15d泡水時(shí)間的強(qiáng)度相差不大, 強(qiáng)度值之在1.04~1.20 MPa之間. 這表明, 齡期達(dá)到90d時(shí), 水泥加固性能得到充分發(fā)揮, 試驗(yàn)中不同水泥含量的改良土均具備良好的抗水軟化和抗壓能力, 進(jìn)入力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定階段. ②當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期一定以及泡水天數(shù)從7d 增加到15d時(shí), 改良土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有所增加, 但增加幅度不大. 這也再次證明, 從28d齡期開始, 水泥改良土逐漸緩慢地進(jìn)入穩(wěn)定階段. ③從水泥含量角度出發(fā)分析可知, 水泥含量越大, 土樣在不同齡期的強(qiáng)度和90d齡期時(shí)的強(qiáng)度相差越小, 即土樣越容易達(dá)到穩(wěn)定. 如表2中7d泡水試驗(yàn)數(shù)據(jù)所示, 水泥含量為4%和5%時(shí), 對應(yīng)養(yǎng)護(hù)28d的強(qiáng)度為0和0.787 MPa, 對應(yīng)養(yǎng)護(hù)90 d的強(qiáng)度分別為1.041和1.042MPa, 相對差值分別為100%和24.5%; 而水泥含量為6%時(shí), 對應(yīng)養(yǎng)護(hù)28 d的強(qiáng)度為1.008MPa , 和90 d時(shí)的1.152MPa相差12.5%. 即相比水泥含量為4%和5%的土樣, 水泥含量為6%的改良土更容易達(dá)到穩(wěn)定.

由以上針對耐水性研究的試驗(yàn)結(jié)果分析可知, 根據(jù)未到達(dá)穩(wěn)定齡期(小于28d)的泡水試驗(yàn)現(xiàn)象, 最優(yōu)水泥含量為5%; 根據(jù)穩(wěn)定齡期內(nèi)(大于28d)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果, 雖然水泥含量大于5%的改良土比小于等于5%含量時(shí)的土容易達(dá)到穩(wěn)定階段, 但當(dāng)水泥含量大于等于5%時(shí), 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨齡期穩(wěn)步增長, 并在齡期達(dá)到90d時(shí)也均能進(jìn)入穩(wěn)定階段. 而4%水泥含量的土樣在28d齡期時(shí)出現(xiàn)崩解現(xiàn)象而無法獲得強(qiáng)度數(shù)據(jù). 因此, 從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā), 根據(jù)泡水試驗(yàn)結(jié)果選取用于改良土的最優(yōu)水泥含量為5%.

2.4 考慮干濕循環(huán)作用影響的試驗(yàn)結(jié)果及分析

不同水泥含量下, 達(dá)到28d養(yǎng)護(hù)齡期的改良土樣(含水率為11%)的干濕循環(huán)次數(shù)和其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系如圖 4所示. 從圖 4可看出, 隨著干濕循環(huán)次數(shù)從0(為進(jìn)行干濕循環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試樣)增加到5, 改良土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸降低. 這表明, 干濕循環(huán)對改良土強(qiáng)度起劣化作用. 結(jié)合現(xiàn)有成果[11], 初步分析可知, 相對未改良土樣, 由于水泥產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng), 水泥改良土內(nèi)顆粒間相互聯(lián)結(jié)更為復(fù)雜. 水泥與土顆粒間通常通過離子交換、團(tuán)?；坝材磻?yīng)等, 在水泥與土顆粒團(tuán)間形成比較穩(wěn)定的鏈條狀聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)和結(jié)晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 這種聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)起到了增強(qiáng)土的強(qiáng)度和水穩(wěn)性的作用. 但由于改良土中水泥所占質(zhì)量畢竟不多, 土體的主要承載結(jié)構(gòu)仍然為土中的顆粒團(tuán), 這些團(tuán)粒的性質(zhì)和未改良土一樣, 仍然承擔(dān)著骨架作用. 當(dāng)土顆粒團(tuán)中含有親水性較強(qiáng)的蒙脫石、伊利石和綠泥石等黏土礦物成分時(shí), 如試驗(yàn)中的泥質(zhì)板巖土樣中富含綠泥石等親水礦物成分, 就會導(dǎo)致水泥改良土具有吸水膨脹、失水收縮的特性, 在宏觀上表現(xiàn)為干縮與濕脹變形. 受土體非均勻性影響, 這些變形往往在局部產(chǎn)生. 因此, 在不斷協(xié)調(diào)土樣局部與整體的變形過程中, 土樣局部容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象. 外力作用下, 這種應(yīng)力集中現(xiàn)象進(jìn)一步加劇. 當(dāng)局部集中的應(yīng)力水平超過水泥聯(lián)結(jié)強(qiáng)度時(shí), 會產(chǎn)生水泥開裂現(xiàn)象, 并出現(xiàn)應(yīng)力釋放現(xiàn)象, 表現(xiàn)為土樣宏觀強(qiáng)度降低.

從圖 4還可以看出, 雖然改良土的強(qiáng)度隨循環(huán)次數(shù)增加而降低, 但這種降低卻呈減小趨勢. 例如, 對于水泥含量為5%的改良土樣, 當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)從0增加到3時(shí), 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度從0.772 MPa降低至0.579 MPa, 降低幅度約為25%; 而干濕循環(huán)次數(shù)從3增加到5時(shí), 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度從0.579 MPa降低至0.482 MPa, 降低幅度為降低幅度為16.8%. 由于未改良土樣浸泡在水中時(shí)很快軟化、崩解, 強(qiáng)度為0, 無法承受干濕循環(huán)作用, 因此, 改良土很大程度上提高了應(yīng)對干濕環(huán)境交替的能力.

對于這種干濕循環(huán)引起的強(qiáng)度衰減效應(yīng), 雖然目前尚未有相關(guān)規(guī)范和研究提出判定改良土是否合格的標(biāo)準(zhǔn), 但是本文試驗(yàn)揭示的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度衰減規(guī)律仍然值得關(guān)注與進(jìn)一步探索.

綜合上述考慮養(yǎng)護(hù)齡期影響、泡水作用影響和干濕循環(huán)作用影響的無側(cè)限抗壓試驗(yàn)結(jié)果可知, 根據(jù)考慮養(yǎng)護(hù)齡期對強(qiáng)度影響的試驗(yàn)結(jié)果, 從安全角度看, 改良土的最優(yōu)水泥含量應(yīng)該為5%; 根據(jù)泡水試驗(yàn)結(jié)果, 從經(jīng)濟(jì)以及安全角度出發(fā), 最優(yōu)水泥含量應(yīng)該為5%; 干濕循環(huán)雖然揭示了無側(cè)限抗壓強(qiáng)度衰減規(guī)律, 但由于沒有相關(guān)規(guī)范或研究提出判定改良合格的標(biāo)準(zhǔn), 再考慮到由擊實(shí)試驗(yàn)得到的水泥含量對改良土的最大干密度和最優(yōu)含水率的影響不大. 因此, 綜合考慮建設(shè)經(jīng)濟(jì)成本以及改良土的安全性、強(qiáng)度和長期水穩(wěn)性等各方面因素時(shí), 本文試驗(yàn)得到的最優(yōu)水泥含量為5%.

3 結(jié)論

本文采用在土中摻入水泥的方式對泥質(zhì)板巖土進(jìn)行化學(xué)改良, 設(shè)計(jì)了擊實(shí)試驗(yàn)、考慮標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期、泡水作用和干濕循環(huán)作用影響的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn), 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析和綜合評價(jià)泥質(zhì)板巖改良土的強(qiáng)度和水穩(wěn)特性等, 得到以下主要結(jié)論:

(1) 水泥含量對泥質(zhì)板巖改良土的擊實(shí)性影響不大. 不同水泥含量下改良土的最大干密度和最優(yōu)含水均變化不大. 對水泥含量率為4%～7%的改良土, 最大干密度和最優(yōu)含水率的變化范圍為2.17～2.19 g/cm3和10.4%～11.5%.

(2) 試驗(yàn)確定最優(yōu)水泥含量為5%. 該數(shù)值的確定綜合考慮了改良所需經(jīng)濟(jì)成本、改良土工程應(yīng)用的安全儲備、改良土強(qiáng)度特性與長期水穩(wěn)性能等.

(3) 養(yǎng)護(hù)齡期、泡水作用和干濕循環(huán)作用對土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均有較大影響. 隨著養(yǎng)護(hù)齡期、泡水天數(shù)的增加, 養(yǎng)護(hù)齡期和泡水作用對改良土強(qiáng)度的影響逐漸變小, 改良土中水泥作用得到充分發(fā)揮, 土的強(qiáng)度趨于穩(wěn)定; 隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加, 改良土內(nèi)部聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)受到破壞, 土的強(qiáng)度逐漸降低, 但這種降低程度呈減小趨勢. 相對未改良土(不能承受干濕循環(huán)作用), 雖然改良土因水泥加固作用提高了其抗干濕循環(huán)作用的能力, 且這種能力的提升隨水泥含量增加而增加, 但是干濕循環(huán)仍然對土的強(qiáng)度產(chǎn)生一定程度的劣化.

(4) 評價(jià)水泥改良土的質(zhì)量或者土的水泥改良效果需綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本、水泥強(qiáng)度發(fā)揮特性和改良土的長期水穩(wěn)性等. 針對水泥改良土質(zhì)量評價(jià), 通常情況下, 主要研究養(yǎng)護(hù)齡期對土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響, 即關(guān)注的是水泥強(qiáng)度發(fā)揮特性. 但實(shí)際工程中環(huán)境復(fù)雜多變, 研究應(yīng)更為關(guān)注改良土的長期強(qiáng)度和水穩(wěn)定性能等. 和路基工程上呈現(xiàn)的現(xiàn)象類似, 本文試驗(yàn)也揭示了泡水作用和干濕循環(huán)作用對改良土強(qiáng)度有重要影響. 因此, 本文設(shè)計(jì)的泡水試驗(yàn)和干濕循環(huán)試驗(yàn)有助于進(jìn)一步合理地確定最優(yōu)水泥摻入量, 對現(xiàn)有針對水泥改良土質(zhì)量的評價(jià)和相關(guān)研究是一種有益的嘗試, 對鐵路、公路的路基土如何改良及改良效果評價(jià)等也有一定的參考價(jià)值.

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Test of Physical and Mechanical Properties of Improved Argillite-slate Soil

CHEN Leqiu1,2, ZHANG Jiasheng2, CHEN Junhua2

(1. College of Construction & Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China;2. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)

The cement content 4%, 5%, 6%and7% is the conditions for argillite-slate soil improvement test. The compaction test and the test of unconfined compressive strength are carried out to study of the influences of cement content on both the maximum dry density and the optimum moisture content, and influences of the curing period, the water soaking and the wet-dry cycles on the strength of improved soil under different cement content. The optimum cement content is obtained by analysis and discussion from angles of strength and water stability of improved soil. The results showed that, the maximum dry density and the optimum moisture content are 2.17~2.19 g/cm3and 10.4~11.5%. There are little influences of the cement content on both the maximum dry density and the optimum moisture content; The influences of curing period and soaking period on unconfined compressive strength of improved soil tend to be less with the increment of period, which reveal that improved soil tends to be steady in mechanics with the increment of both curing period and soaking period. The unconfined compressive strength of improved soil decrease with the increment of wet-dry cycles, but the decreasing tendency reduce with the increment of wet-dry cycles; The optimum cement content is 5% based on test results; The research achievement can provide references for the subgrade engineering research about the reasonable content of cement for improved soil, the evaluation on improvement results and so on.

subgrade, the unconfined compressive strength, water stability, wetting-drying cycles, cement improved soil

TU41

A

1672-5298(2017)01-0063-06

2016-12-05

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51308210)

陳樂求(1981? ),男, 湖南岳陽人, 博士, 湖南理工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院副教授. 主要研究方向: 巖土工程、路基工程