片狀顆粒對地基加固的研究

李望蛟 李明 孫圣博 毛進 馬榕

摘 要：地基的承載能力是建筑物安全，片狀顆粒的加入對地基承載能力的強度特征。本文以5mm～25mm的片石顆粒為研究對象。通過三軸實驗儀，進行了不同配比的固結(jié)不排水（CU）三軸剪貼試驗，研究顆粒級配對地基承載能力的影響，試驗結(jié)果表明：一定含量的片石顆粒使地基有良好的工作性，顆粒含量過多或者過少，均不能獲得較高的強度。為施工中地基的加固處理和砂土級配的控制提供參考。

關(guān)鍵詞：顆粒級配；基礎(chǔ)加固；三軸剪貼實驗

中圖分類號：TU472 文獻標志碼：A

1 研究的目的和意義

我國地域遼闊，地質(zhì)情況復(fù)雜多樣，在工程中時常會遇到濕陷性黃土，鹽漬土、凍土、巖溶等復(fù)雜地質(zhì)情況。并且近年來隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)的修建也隨之越廣，大量工程的修建對資源的消耗也迅速增加，對于大多數(shù)工程建設(shè)來說地基處理是必不可少的，而通過顆粒的級配來滿足地基的承載能力和應(yīng)對復(fù)雜的地質(zhì)情況顯得尤為重要，節(jié)省成本，保護環(huán)境。本文以5mm～25mm的片石顆粒為研究對象，通過三軸剪切試驗測定土體的抗剪強度，研究以最實惠的顆粒級配對地基承載能力的影響，為施工企業(yè)今后的施工作業(yè)提供理論基礎(chǔ)。

2 三軸試驗方案

2.1 試驗方案設(shè)計

本文三軸試驗的研究對象是片狀顆粒的碎石和粉砂按一定的配比組合構(gòu)成試驗原材料，研究在不同配比下樣品的各種應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。在滿足施工的條件下，考慮片狀顆粒砂土的強度和工程經(jīng)濟性，三軸剪切試驗方案見表1，共計3組配比，九組試驗，分別施加不同的圍壓（試驗調(diào)整為整個試驗?zāi)茼樌瓿傻?00kPa低圍壓）。配比15%表示片狀顆粒在整份樣品中質(zhì)量。

2.2 試驗方法及儀器

試驗制樣模具為特定的圓柱形鋼制模具，模具內(nèi)徑10cm、高20cm。制樣前在模具內(nèi)部均勻涂一層凡士林，以便順利脫模，共分4層裝入，每層加入一定厚度后進行振搗夯實，測量模具內(nèi)部試樣的高度進行調(diào)整下次裝樣的質(zhì)量，劃松表面，進行下次裝樣，試樣裝完之后，刮平表面，一般靜置24h后進行脫模，脫模后的試樣用保鮮膜密封，等待進行三軸剪切試驗。

試驗方法為固結(jié)不排水試驗（CU試驗）。試驗前先進行飽和處理，采用抽氣飽和、反壓飽和相結(jié)合的方法，首先對試樣進行抽氣12h以上，然后在水中飽和12h以上，抽氣飽和結(jié)束之后將試樣放置在承臺上，在開始固結(jié)之前在壓力艙內(nèi)再對試樣進行反壓飽和，反壓為100kPa～200kPa，以使試樣充分飽和；等壓固結(jié)后再進行不排水剪切，剪切速率為0.05mm/min；并在不排水剪切過程中進行孔隙水壓力（U）測試，試驗采用GDS動三軸壓縮儀，如圖1所示。

3 三軸試驗結(jié)果及分析

由圖2主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線可知，隨著圍壓的增加，片狀顆粒砂土的應(yīng)力峰值顯著增加，表明圍壓的存在能顯著提高片狀顆粒砂土的強度；同時發(fā)生破壞的應(yīng)變隨著圍壓的增加也相應(yīng)地增加，到達峰值之后進行相對平緩的下降。片狀顆粒含量在35%時，達到整個試驗剪應(yīng)力的峰值，為1530.11kPa。當(dāng)圍壓在400kPa時，顆粒含量在15%、25%、35%試驗樣品所得到的主應(yīng)力差分別是1013.54kPa、1167.70kPa、1258.11kPa，由數(shù)據(jù)可知，主應(yīng)力雖然有所增加，但不是很明顯。當(dāng)圍壓在600kPa時，顆粒含量在15%、25%、35%時主應(yīng)力差分別是1287.94kPa、1519.14kPa、1530.11kPa。含量較高的兩組試驗所得到的應(yīng)力差差值較小，及在顆粒含量超過35%時，再次提高配比對主應(yīng)力差的提高影響不大。

由圖2體應(yīng)變與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線可知，體應(yīng)變和軸向應(yīng)變的比值與圍壓有一定的關(guān)系，當(dāng)圍壓為400kPa使得比值普遍大于200kPa和600kPa的比值，但在顆粒含量在25%的時候試驗結(jié)果出現(xiàn)反常，400kPa時的體應(yīng)變與軸向應(yīng)變比值小于200kPa和600kPa時的體應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值，但從所有實驗數(shù)據(jù)來說，均明顯大于顆粒含量在15%和25%時所受的200kPa、400kPa、600kPa的時體應(yīng)變與軸應(yīng)變的比值。從片狀顆粒含量來看，施加不同的圍壓，顆粒含量在25%的時候體應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值明顯大于片狀顆粒是15%和35%的數(shù)值。

通過大量的試驗數(shù)據(jù)表明，片狀顆粒含量在25%時結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差，說明在片狀顆粒含量達到25%左右時能和粉砂在配比上能充分發(fā)揮各自的性質(zhì)。此時碎石片狀顆粒在整個試樣中起到最好加筋體的作用；同時還能像混凝土當(dāng)中石塊的作用，抵抗大部分砂土變形當(dāng)中軸向應(yīng)變，粉砂提供一定的黏結(jié)作用，增大顆粒之間的摩擦阻力。級配良好的砂土固結(jié)飽和具有很高的抗剪強度，但是在相對單一的級配下取得較高的抗剪強度，相對較為困難。

結(jié)論

通過大量的三軸剪切試驗（CU），明確了顆粒狀碎石砂土固結(jié)后的抗剪強度性狀和體應(yīng)變與軸向應(yīng)變的關(guān)系。通過實驗數(shù)據(jù)的處理得到在片狀顆粒含量在25%左右時，片狀顆粒和粉砂配比試樣能得到較高的主應(yīng)力差，得到較大的體應(yīng)變和軸向應(yīng)變的比值。在級配不良情況下，相對的調(diào)整現(xiàn)有顆粒之間的含量比或加入部分顆粒固體顆粒調(diào)整試樣的級配比，來提高土體的抗剪強度。

參考文獻

[1]丁建文，洪振舜，劉松玉.疏浚淤泥流動固化土的三軸剪切試驗研究[J].東南大學(xué)學(xué)報（自然科版），2011，41（5）：1070-1074.

[2]張婉.非飽和重塑黃土三軸剪切試驗研究[J].水利學(xué)報，1990，24（3）：58-64.

[3]卞富宗，朱思哲.土抗剪強度的理論和實踐[J].巖土工程學(xué)報，1987，9（2）：62-71.

[4]陳存禮，張登飛，董玉柱，等.常含水率三軸條件下非飽和原狀黃土的原狀土的吸力和力學(xué)特性[J].巖土工程學(xué)報，2014，36（7）：1195-1202.