饒 平,王遂瀘,周 州,龔 成,陳 科

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責(zé)任公司,四川成都 610017)

雅安地區(qū)過(guò)濕土物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究

饒 平,王遂瀘,周 州,龔 成,陳 科

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責(zé)任公司,四川成都 610017)

雅安地區(qū)由于經(jīng)常降雨,使得該地區(qū)的地基土長(zhǎng)期處于過(guò)濕狀態(tài),給土建工程尤其是道路工程帶來(lái)了很多不便。為查明這種過(guò)濕土的工程性質(zhì),為道路工程施工提供依據(jù),對(duì)雅安地區(qū)過(guò)濕土的基本物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了初步試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,該土作為路基填料的工程性質(zhì)較差,不能直接用于路基填筑,必須對(duì)其采取改良措施。

過(guò)濕土; 物理性質(zhì); 力學(xué)性質(zhì); 試驗(yàn)研究

雅安市位于四川盆地西部邊緣,素有“雨城”之稱,年平均降雨天數(shù) 218天,為四川的多雨中心。經(jīng)常降雨使該地區(qū)的地基土長(zhǎng)期處于過(guò)濕狀態(tài),從而形成含水量大,難以碾壓,承載力差的過(guò)濕土,給土建工程尤其是道路施工帶來(lái)諸多不便。因此,為了促進(jìn)雅安地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,必須對(duì)雅安地區(qū)過(guò)濕土進(jìn)行處治。

眾所周知,土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對(duì)于反映土的工程特性具有重要的實(shí)用價(jià)值,也是研究土體性質(zhì)的重要尺度。因此,在對(duì)雅安地區(qū)過(guò)濕土進(jìn)行處治之前,必須先對(duì)其物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)土樣與試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)土樣

為了更真實(shí)有效地反映雅安地區(qū)過(guò)濕土的物理狀態(tài),故選擇雨后現(xiàn)場(chǎng)取樣。試驗(yàn)所用過(guò)濕土取自四川省雅安市郊公路邊,埋深為 0.2～1m,外觀為棕黃色,可塑性好。為了便于進(jìn)行試驗(yàn)研究,對(duì)原狀土和擾動(dòng)土分別取樣。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

該試驗(yàn)研究由基本物理性質(zhì)試驗(yàn)和基本力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)兩部分組成。其中,基本物理性質(zhì)試驗(yàn)包括三項(xiàng)基本物理指標(biāo)試驗(yàn)、液塑限試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)和固結(jié)壓縮試驗(yàn)四部分;基本力學(xué)試驗(yàn)包括直接剪切試驗(yàn)、回彈試驗(yàn)和CBR試驗(yàn)三部分。試驗(yàn)過(guò)程均嚴(yán)格遵循《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ 051― 93)中的各項(xiàng)規(guī)定進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 基本物理性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1.1 三項(xiàng)基本物理指標(biāo)試驗(yàn)

密度、土粒重度和含水量是土的三項(xiàng)基本物理性質(zhì)指標(biāo)。按照規(guī)范要求,分別對(duì)原狀土樣進(jìn)行密度試驗(yàn)、土粒重度試驗(yàn)和含水量試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表 1所示。

由以上數(shù)據(jù)得出,雅安地區(qū)過(guò)濕土在天然狀態(tài)下含水量高,孔隙比大,干密度小,處于飽和狀態(tài)。

2.1.2 液塑限試驗(yàn)

細(xì)粒土的性質(zhì)主要取決于土粒和水相互作用的狀態(tài),土中含水量的不同,可使土處于堅(jiān)硬、可塑或流動(dòng)狀態(tài)。因此,為了測(cè)試雅安過(guò)濕土的軟硬程度,從而進(jìn)一步確定該土的性質(zhì),采用液塑限聯(lián)合測(cè)定法對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果如表 2所示。

由以上數(shù)據(jù)得出,雅安地區(qū)過(guò)濕土土樣的塑性指數(shù)分別為13.4、16.9和16.5,均位于10

2.1.3 擊實(shí)試驗(yàn)

為了控制路基的壓實(shí)度,必須掌握填料的壓實(shí)特性。擊實(shí)試驗(yàn)是表征土壓實(shí)特性的較為普遍的試驗(yàn)方法。擊實(shí)試驗(yàn)是測(cè)定試樣在標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功作用下含水率與干密度之間的關(guān)系,從而確定試樣最優(yōu)含水率和最大干密度的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)使用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀,采用重型擊實(shí)方法進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 1所示。

圖1 擊實(shí)曲線圖

從圖 1可以看出,雅安地區(qū)過(guò)濕土的最優(yōu)含水率約為13.6%,與天然含水率相差接近 30個(gè)百分點(diǎn)。這將使得路基壓實(shí)機(jī)械無(wú)法正常碾壓,同時(shí)也難以獲得滿意的壓實(shí)度,從而無(wú)法保障路基的承載力。

2.1.4 固結(jié)壓縮試驗(yàn)

土在壓力作用下體積會(huì)縮小,土的這種特性叫土的壓縮性。由于土具有壓縮性,致使地基在壓力作用下,會(huì)發(fā)生沉降變形。而土的壓縮系數(shù)是評(píng)價(jià)土壓縮性高低的重要指標(biāo)之一,為此一般通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)壓縮試驗(yàn)來(lái)測(cè)試土的壓縮系數(shù)進(jìn)而研究土的壓縮變形。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2所示。

圖2 e～p曲線圖

由于土的壓縮系數(shù)不是一個(gè)常數(shù),因此工程實(shí)踐中常采用壓力間隔由p1=100 kPa增加到p2=200 kPa時(shí)所得的壓縮系數(shù) a1-2評(píng)定土的壓縮性高低。由圖 2可以得出,雅安地區(qū)過(guò)濕土的壓縮系數(shù)a1-2為1.08MPa-1,大于0.5MPa-1,屬于高壓縮性土。

2.2 基本力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 直接剪切試驗(yàn)

為了保證工程的安全與正常使用,必須確保路基土的強(qiáng)度足以承受上部的荷載。而土的強(qiáng)度特指抗剪強(qiáng)度,一般用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)摩擦角 φ和粘聚力 c來(lái)表示。

試驗(yàn)采用慢剪試驗(yàn)方法,共 4個(gè)試樣,分別施加 50～200 kPa的不同垂直壓力,再分別對(duì)它們施加水平剪切力進(jìn)行剪切,求得破壞時(shí)的剪應(yīng)力 τ亦即抗剪強(qiáng)度S。以抗剪強(qiáng)度 S為縱坐標(biāo),垂直壓力p為橫坐標(biāo),繪制S-p關(guān)系曲線,如圖3所示。

圖3 抗剪強(qiáng)度與垂直壓力關(guān)系曲線圖

根據(jù)庫(kù)侖定律可確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)為:c為 7.0 kPa,φ為13.3°。

2.2.2 CBR試驗(yàn)

CBR試驗(yàn)是指標(biāo)準(zhǔn)試件浸水 96 h,飽和后進(jìn)行貫入試驗(yàn),當(dāng)貫入量達(dá)到 2.5mm時(shí),單位壓力與標(biāo)準(zhǔn)碎石壓入相同貫入量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)荷載壓強(qiáng)的比值。CBR值能表征材料抵抗局部荷載壓入變形的能力,是一種評(píng)定路基或路面材料承載能力的強(qiáng)度指標(biāo)。試驗(yàn)采用貫入法,在按重型擊實(shí)制備標(biāo)準(zhǔn)試樣,浸泡四天進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 3所示。

由以上試驗(yàn)結(jié)果得出,雅安地區(qū)過(guò)濕土的 CBR值很低, CBR2.5(%)和CBR5.0(%)分別為0.76和0.73,小于規(guī)范規(guī)定值 2.0。膨脹量數(shù)值反映了土樣的水穩(wěn)定性,而試驗(yàn)中土樣的膨脹量為 4.31%,說(shuō)明雅安地區(qū)過(guò)濕土的水穩(wěn)定性不好。

2.2.3 回彈模量試驗(yàn)

回彈模量是指路基、路面及筑路材料在荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力與其相應(yīng)的回彈應(yīng)變的比值?！豆吠凉ぴ囼?yàn)規(guī)程》規(guī)范中回彈模量的測(cè)定有兩種方法:杠桿壓力儀法和強(qiáng)度儀法。參照其它試驗(yàn)中素土強(qiáng)度較低的力學(xué)特性試驗(yàn)結(jié)果,決定采用杠桿壓力儀法對(duì)素土進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)所得土的回彈模量由 3個(gè)平行試驗(yàn)的平均值確定,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 4所示。

3 結(jié) 論

(1)雅安地區(qū)過(guò)濕土在天然狀態(tài)下含水量高,孔隙比大,干密度小,處于飽和狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)土樣的含水量約為 41%,而重型擊實(shí)最優(yōu)含水量?jī)H為13.6%, 現(xiàn)場(chǎng)含水量比最優(yōu)含水量高出約 30個(gè)百分點(diǎn)。故此,在施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法正常碾壓;

(2)雅安地區(qū)過(guò)濕土屬高壓縮性土,回彈模量小,抗剪強(qiáng)度低。當(dāng)承受上部荷載時(shí),極易產(chǎn)生較大的沉降量;

(3)CBR值很低,在最優(yōu)含水量條件下,對(duì)應(yīng)的CBR 2.5 (%)和CBR 5.0(%)分別為0.76和0.73,小于規(guī)范規(guī)定值。土樣的膨脹量為 4.31%,水穩(wěn)定性不好。

綜上所述,該土作為路基填料工程性質(zhì)較差,不能直接用于路基填筑,必須對(duì)其采取改良措施。

[1] JTJ 051―93公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S]

[2] GB/T 50123-1999土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]

[3] 劉聰聰.湖區(qū)公路過(guò)濕土的改良技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2007

[4] 陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)(第四版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007

TU411.3

B

2010-01-06

饒平(1967～),工程師。