膨潤(rùn)土對(duì)黃土抗?jié)B性和強(qiáng)度的影響

郄玥穎 張 鵬 楊瑞雪 胡 月 馬小波

（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院， 寧夏 銀川 750021）

膨潤(rùn)土對(duì)黃土抗?jié)B性和強(qiáng)度的影響

郄玥穎 張 鵬 楊瑞雪 胡 月 馬小波

（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院， 寧夏 銀川 750021）

為改善黃土墊層的抗?jié)B性，試驗(yàn)研究了膨潤(rùn)土對(duì)黃土抗?jié)B性和強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：黃土的滲透系數(shù)隨膨潤(rùn)土摻量的增加而減小，膨潤(rùn)土可有效改善黃土的抗?jié)B性，合理?yè)搅考s6%；適量的膨潤(rùn)土對(duì)黃土的粘聚力有明顯改善，對(duì)摩擦角影響不明顯，不會(huì)對(duì)黃土強(qiáng)度產(chǎn)生明顯的不利影響，可供寧夏黃土地基上的工程防滲參考。

膨潤(rùn)土；黃土；抗?jié)B性；強(qiáng)度

黃土在寧夏分布廣，濕陷性強(qiáng)，常因防水失效而發(fā)生濕陷、沖蝕和潛蝕[1,2]，影響建筑物的正常使用，甚至破壞，加強(qiáng)黃土地基防滲顯得非常重要。膨潤(rùn)土具有強(qiáng)烈的親水膨脹性、吸附性和離子交換特性[3,4]，摻入土中可顯著提高土的抗?jié)B性[5-7]。為改善寧夏黃土墊層的抗?jié)B性，將膨潤(rùn)土摻入黃土，研究了二者復(fù)合后的的抗?jié)B性和強(qiáng)度特性，為寧夏黃土地基上工程防滲提高參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

黃土取自寧夏同心，密度為1.56g/cm3，含水率為12.2%，土粒比重為2.72，最大干密度1.72g/cm3，最優(yōu)含水率為16.0%。黃土粒徑分布如圖1，主要為0.075mm～0.005mm的粉粒，占81.3%。

圖1 黃土的粒徑分布

表1 膨潤(rùn)土的主要化學(xué)成分/%

1.2 試驗(yàn)方案與試驗(yàn)方法

固定試樣的干密度為1.62g/cm3，含水率為12%，膨潤(rùn)土摻量b取0，3%，6%，9%和12%。

按試驗(yàn)方案稱取黃土、膨潤(rùn)土和水，先將黃土和膨潤(rùn)土混合拌均，再加水拌均。壓樣法每組制備直徑61.8mm，高40mm的試樣2個(gè)，采用變水頭法用滲透儀測(cè)定試樣的滲透系數(shù)。每組制備直徑61.8mm，高20mm的試樣4個(gè)，采用快剪試驗(yàn)方法用電動(dòng)直剪儀測(cè)定試樣的強(qiáng)度指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 滲透性

由圖2可見(jiàn)，膨潤(rùn)土摻量約小于3%時(shí)，試樣的滲透系數(shù)隨時(shí)間的增加逐漸增大，且變化較大；膨潤(rùn)土摻量較大時(shí)，滲透系數(shù)隨時(shí)間的增加呈先減小后增大的趨勢(shì)，且變化較小。黃土中含有較多的可溶鹽，隨時(shí)間的增加，可溶鹽逐漸溶解并隨水流出，土的孔隙增大，滲透性增加。膨潤(rùn)土摻量較小時(shí)，黃土中的可溶鹽可離解足夠的高價(jià)離子和膨潤(rùn)土進(jìn)行離子交換，使膨潤(rùn)土吸水性降低，從而使?jié)B透系數(shù)增大；膨潤(rùn)土摻量較大時(shí)，黃土中的可溶性鹽有限，沒(méi)有足夠的離子進(jìn)行交換，因而對(duì)滲透系數(shù)影響減小。

圖3是72h時(shí)試樣的滲透系數(shù)與膨潤(rùn)土摻量的關(guān)系。由圖3可見(jiàn)，滲透系數(shù)隨膨潤(rùn)土摻量的增加而減小，在膨潤(rùn)土摻量為6%以后，變化趨勢(shì)很平緩，膨潤(rùn)土對(duì)滲透系數(shù)影響不明顯，以膨潤(rùn)土摻量為6%比較合理。膨潤(rùn)土水化后體積膨脹，使土粒間的孔隙減小，進(jìn)而使?jié)B透系數(shù)降低。

圖2 滲透系數(shù)與時(shí)間的關(guān)系

圖3 滲透系數(shù)膨潤(rùn)土摻量的關(guān)系

2.2 強(qiáng)度特性

由圖 4可見(jiàn)，試樣的粘聚力隨膨潤(rùn)土摻量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，膨潤(rùn)土摻量為6%時(shí)到到最大。膨潤(rùn)土具有較強(qiáng)的親水性能，水化后形成膠凝體，且黃土中的部分自由水被吸收，界面張力增大，粘聚力增加。膨潤(rùn)土摻量過(guò)大時(shí)，部分黃土中的自由水全部被膨潤(rùn)土吸收，界面張力消失，粘聚力降低。隨膨潤(rùn)土摻量的增加，試樣的摩擦角呈非線性減小。膨潤(rùn)土吸水后形成結(jié)合水膜，表面摩擦力降低，故膨潤(rùn)土摻量增加，摩擦角降低。膨潤(rùn)土摻量為 6%，粘聚力增加約18kPa，摩擦角降低約4°。此膨潤(rùn)土摻量下，對(duì)黃土的強(qiáng)度不會(huì)產(chǎn)生明顯的不利影響。

圖4 強(qiáng)度指標(biāo)變化趨勢(shì)

3 結(jié)論

（1）黃土的滲透系數(shù)隨膨潤(rùn)土摻量的增加而減小，膨潤(rùn)土可有效改善黃土的抗?jié)B性，合理?yè)搅考s6%。

（2）適量的膨潤(rùn)土對(duì)黃土的粘聚力有明顯改善，對(duì)摩擦角影響不明顯，不會(huì)對(duì)黃土強(qiáng)度產(chǎn)生明顯的不利影響。

[1]崔自治,周偉紅,潘鵬等.寧夏同心重塑黃土的觸變特性[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2016,35(6)：111-117.

[2]萬(wàn)清琦,崔自治,楊寧寧等.壓實(shí)水泥濕陷性黃土的力學(xué)特性[J].南水北調(diào)與水利科技,2016,14(1)：119-123.

[3]劉承帥,萬(wàn)洪富.我國(guó)主要產(chǎn)地膨潤(rùn)土顆粒組成和蒙脫石含量研究[J].非金屬礦,2005,28(1)：40-43.

[4]侯梅芳,馬北雁,萬(wàn)洪富等.我國(guó)各地膨潤(rùn)土的礦物學(xué)性質(zhì)[J].巖礦測(cè)試,2002,21(3)：190-194.

[5]崔自治,彭博,崔永成等.膨潤(rùn)土改善土壤抗?jié)B性試驗(yàn)研究[J].節(jié)水灌溉,2010,(11)：48-50.

[6]崔自治,張群,彭博等.膨潤(rùn)土與黏性土復(fù)合改善砂土抗?jié)B性研究[J].節(jié)水灌溉,2010,(12)：60-63.

[7]張虎元,趙天宇,吳軍榮等.膨潤(rùn)土改性黃土襯里防滲性能室內(nèi)測(cè)試與預(yù)測(cè)[J].巖土力學(xué),2011,32(7)：1963-1969.

TU502

B

1007-6344（2017）09-0292-01

國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(12015244456）

郄玥穎(1992-)，女，河北保定人，研究生，研究方向：巖土工程