紅粘土擊實(shí)曲線的雙峰特性試驗(yàn)研究

(重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院 重慶 400074)

引言

紅粘土廣泛分布于我國西南方地區(qū)，是一種非常典型的水敏性粘土。土體內(nèi)強(qiáng)度分布不均勻，在天然狀態(tài)下土體收縮明顯，其具有高天然含水率、高液限及高塑性指數(shù)等特征。要認(rèn)識紅粘土，就必須認(rèn)識其物理力學(xué)特性，而壓實(shí)特性就是物理力學(xué)特性中非常重要的一部分。目前，對土體壓實(shí)特性的研究一般時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)的擊實(shí)試驗(yàn)方法，測定土的含水率和干密度的關(guān)系并畫出擊實(shí)曲線，以此來確定最大干密度和最優(yōu)含水率，對指導(dǎo)路基工程現(xiàn)場碾壓具有重要意義。

本文對貴州地區(qū)的紅粘土進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)的重型擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)所用方法和所得數(shù)據(jù)、結(jié)論對認(rèn)識該地區(qū)同類土的性質(zhì)具有參考價(jià)值。

一、試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)紅粘土試樣取自遵貴高速擴(kuò)容工程第5標(biāo)段，取土深度5-10m，土樣呈棕紅色，帶有白色及暗綠色雜質(zhì)，可塑狀態(tài)，天然含水率較高。其物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 紅粘土的基本物理力學(xué)性質(zhì)

圖1 塑性圖Fig 1 Plasticity chart

由表1可知，紅粘土天然含水率高，WL=103.1%,WP=30.6%,塑性指數(shù)高達(dá)72.5，根據(jù)圖1可知，其在塑性圖中位于A線上側(cè)，B線右側(cè)，因此判定紅粘土為高塑性無機(jī)粘土(CH)。

二、試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)嚴(yán)格參照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40-2007)，對紅粘土試樣分別進(jìn)行干法和濕法標(biāo)準(zhǔn)重型擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)主要步驟如下：

(1)制樣：a干法，將紅粘土自然曬干，根據(jù)塑限預(yù)估最優(yōu)含水率，分別加入不同水分(按5%含水率遞增或遞減，保持預(yù)估最優(yōu)含水率處于中間位置)，拌勻后悶料一夜備用。b濕法，準(zhǔn)備多份試樣，在太陽下曬，每隔1.5h收一份，測定含水率，根據(jù)含水率適當(dāng)加入水分，(使含水率5%遞增或遞減，保持預(yù)估最優(yōu)含水率處于中間位置)，拌勻后悶料一夜備用。

(2)擊實(shí)：稱量試筒質(zhì)量后將試筒固定在底座上，按每層1700g分三層將試樣裝入試筒，每層擊實(shí)98次，每層擊實(shí)后需把表層拉毛再填料。擊實(shí)完成后取下試筒，齊筒頂刮平試樣，將刮下試樣測含水率。

(3)稱重與脫模：擦凈筒外壁，稱重。用脫模機(jī)進(jìn)行脫樣。

(4)重復(fù)上述步驟，依次對其它試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

(5)結(jié)果整理：按下式計(jì)算擊實(shí)以后各含水率對應(yīng)的干密度：

式中：ρd——干密度(g/cm3)，計(jì)算至0.01

ρ——濕密度(g/cm3)

ω——含水率(%)。

三、紅粘土擊實(shí)曲線的雙峰特性分析

根據(jù)以上試驗(yàn)過程，對紅粘土進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，繪制含水率與干密度的擊實(shí)曲線如圖3所示。

根據(jù)擊實(shí)曲線圖，干法制樣所得的最大干密度為1.56g/cm3，最優(yōu)含水率為27%，濕法制樣所得的最大干密度為1.43g/cm3，最優(yōu)含水率為28.1%。對比分析發(fā)現(xiàn)，干法得出的最大干密度低于濕法得出的最大干密度，而最優(yōu)含水率卻更高，而且濕法擊實(shí)曲線較干法較平緩，經(jīng)分析造成這種現(xiàn)象的主要

原因是紅粘土具有不可逆性，干法擊實(shí)相當(dāng)于進(jìn)行了一個(gè)干濕循環(huán)，破壞了紅粘土的結(jié)構(gòu)，造成其結(jié)合水流失，而濕法擊實(shí)由于保留了這部分結(jié)合水，因此造成得出的最優(yōu)含水率高于干法。在實(shí)際施工過程中，采用干法擊實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果一般很難達(dá)到壓實(shí)度的要求，這樣就會造成最大干密度偏高，而最優(yōu)含水率偏低的結(jié)果，并且天然狀態(tài)下的紅粘土含水率較高，如果進(jìn)行曬干再施工無論從經(jīng)濟(jì)或時(shí)間上，都會造成很大損失。因此相對而言，濕法所得結(jié)果更利于指導(dǎo)工程實(shí)際。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)重型擊實(shí)下含水率與干密度變化關(guān)系曲線

四、結(jié)論

根據(jù)含水率與干密度圖可以發(fā)現(xiàn)，紅粘土標(biāo)準(zhǔn)重型擊實(shí)曲線出現(xiàn)了兩個(gè)峰值，并且第一個(gè)峰值低于第二個(gè)峰值，筆者認(rèn)為，紅粘土作為一種典型的高液限粘土，低含水率下的紅粘土，土體結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)，擊實(shí)功還無法破壞其土體結(jié)構(gòu)，因此出現(xiàn)一個(gè)干密度的峰值，而隨著含水率的逐漸增大，擊實(shí)功可以破壞其土體結(jié)構(gòu)，土體被重新壓實(shí)，干密度先下降再逐漸上升然后再下降，因此出現(xiàn)了另一個(gè)峰值。因此認(rèn)為認(rèn)為分析認(rèn)為擊實(shí)曲線上的第二個(gè)峰值才是真正的最優(yōu)含水率，其對應(yīng)的干密度為最大干密度。

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