張永富，劉方成，岳洪濤，甘 霖

（湖南工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 株洲 412007）

橡膠顆粒-砂混合物側(cè)限壓縮試驗(yàn)研究

張永富，劉方成，岳洪濤，甘 霖

（湖南工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 株洲 412007）

對(duì)7種不同橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的干燥橡膠砂進(jìn)行了側(cè)限壓縮試驗(yàn)，考慮了12級(jí)豎向應(yīng)力對(duì)其壓縮特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：1）橡膠砂的回彈量、彈塑性應(yīng)變以及總應(yīng)變均隨橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而變大；豎向應(yīng)力相同時(shí)，橡膠砂的累積沉降量、孔隙比、壓縮系數(shù)均隨橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加；橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，橡膠砂的累積沉降量、密度、壓縮模量均隨豎向應(yīng)力的增大而增大，且塑性應(yīng)變大于彈性應(yīng)變；這些變化特性，橡膠砂比純砂顆粒明顯，純橡膠顆粒比橡膠砂顯著。2）純砂顆粒和橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的橡膠砂，其e-log(p)曲線具有線性回歸特性，兩者的線性擬合斜率較小且相近；橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～50%的橡膠砂以及純橡膠顆粒試樣，其e-log(p)曲線近似線性特性，其線性擬合斜率隨橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而變大，且相同橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)試樣的e-log(p)曲線的分段斜率隨豎向應(yīng)力對(duì)數(shù)值的增大而變大。3）橡膠砂和純橡膠顆粒試樣的壓縮系數(shù)-豎向應(yīng)力段曲線，表現(xiàn)出非線性特性，這種非線性隨橡膠砂中橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大越來(lái)越顯著。4）相同豎向應(yīng)力段的壓縮模量隨橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈指數(shù)衰減，且豎向應(yīng)力段越大，衰減越明顯。

橡膠砂；側(cè)限壓縮試驗(yàn)；壓縮特性

1 研究背景

近年來(lái)，隨著汽車數(shù)量的增加，廢舊橡膠輪胎產(chǎn)生量越來(lái)越多，其能否得到充分循環(huán)利用，是影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境發(fā)展的重要問(wèn)題之一。由廢舊橡膠輪胎顆粒與砂混合組成的填料（簡(jiǎn)稱橡膠砂），由于具有質(zhì)輕、彈性變形能力強(qiáng)、滲透能力強(qiáng)、成本低廉等特點(diǎn)，可被應(yīng)用于公路路基、邊坡、擋土墻、垃圾填埋場(chǎng)、地下排水系統(tǒng)等的回填中，是土木工程中一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型環(huán)保輕質(zhì)復(fù)合材料[1]；此外，廢舊輪胎碎片也是一種很好的動(dòng)載緩沖材料[2]。目前，國(guó)外關(guān)于輪胎碎片及其與砂土混合物壓縮特性的研究較多，但國(guó)內(nèi)并不多見。K. Adalier等[3]以輪胎顆粒、砂及其混合物為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行了大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)可將橡膠砂應(yīng)用于道路工程路基回填。S. Yang等[4]對(duì)粒徑為2～10 mm的橡膠碎片進(jìn)行了壓縮、直剪、三軸剪切試驗(yàn)，研究了顆粒尺寸對(duì)輪胎碎片剪切強(qiáng)度的影響。T. B. Edil等[5]以輪胎碎片、砂粒、土粒以及輪胎碎片與砂土混合物為試驗(yàn)材料，對(duì)比研究了其壓實(shí)、壓縮、強(qiáng)度以及滲透系數(shù)等工程特性，發(fā)現(xiàn)采用施加豎向壓力的方法比使用振動(dòng)的方法更易獲得密實(shí)的橡膠砂土，且施加豎向壓力的初始段橡膠砂表現(xiàn)為塑性壓縮，當(dāng)其孔隙被壓縮至很小時(shí)，其力學(xué)特性表現(xiàn)為線彈性。S. Yoon等[6]將輪胎碎片與砂回填于路堤內(nèi)，且讓車輛在該路表自由通行，同時(shí)對(duì)位于路堤內(nèi)3個(gè)不同部位的9塊沉降板的沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄，記錄觀測(cè)時(shí)間為1 a，200 d后路堤的沉降量已經(jīng)很小，1 a后的最終總沉降量約為12 mm，且路表沒(méi)有不均勻沉降出現(xiàn)。H．Sellaf等[7]將橡膠顆粒分別與2種軟弱土按不同的質(zhì)量比進(jìn)行混合，對(duì)其進(jìn)行了直剪、加卸載壓縮試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)橡膠軟土的黏聚力、液限、塑性指數(shù)、最優(yōu)含水率、壓縮指數(shù)、再壓縮指數(shù)以及最大干密度等巖土工程特性，隨膠粒含量的增加而降低，而內(nèi)摩擦角隨膠粒含量的增加先變大后變小；還發(fā)現(xiàn)混合物的承載比在含水率為3%時(shí)比含水率為5%時(shí)大。S．Naval等[8]對(duì)比研究了河砂和條狀橡膠纖維混合物（長(zhǎng)寬比為22.5）的承載比和沉降系數(shù)，通過(guò)一系列承載力試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)河砂中加入少量條狀橡膠纖維，能改善其承載力性能，橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.75%且加筋土層厚度為基礎(chǔ)模型寬度的1.5倍時(shí)，承載比出現(xiàn)最大值，為1.64。S. N. M. Tafreshi等[9]將干燥的平均粒徑為1.65 mm的砂粒和長(zhǎng)寬比為3～5的輪胎碎片進(jìn)行混合，將其填入模型鐵箱中的自然土層內(nèi)，進(jìn)行承載力試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加筋土層的加入可使模型箱中的自然土層承載力得到提高，且得出了加筋最優(yōu)條件。李朝暉等[10-11]對(duì)輪胎和黃土顆粒及其5種不同配比混合物進(jìn)行了豎向加卸載壓縮試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)膠粒含量越多，混合土的壓縮系數(shù)和可恢復(fù)變形越大，壓縮模量越小；其壓縮特性主要取決于粒間接觸和顆粒剛度，并建議將其應(yīng)用于對(duì)變形要求不高的巖土工程中，如涵洞頂部回填、動(dòng)載緩沖等；還發(fā)現(xiàn)其橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20%時(shí)，壓實(shí)特性與黃土相似；其橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%，壓實(shí)特性與無(wú)粘性土類似。鄧安等[12]得出了橡膠砂土在單向壓縮時(shí)，其彈塑性變形均隨砂顆粒含量的減少而增加。

橡膠顆粒及其與砂土的混合物，相比于常規(guī)土工材料，具有較強(qiáng)的壓縮變形能力，在巖土工程中是一種具有較高潛在應(yīng)用價(jià)值的廉價(jià)、質(zhì)輕、環(huán)保、凈污[13]、緩沖、耗能和隔震的復(fù)合散體材料；此外，還能改善軟弱土和疏松砂土的強(qiáng)度特性。基于應(yīng)用的需要，有必要對(duì)橡膠砂的壓縮特性進(jìn)行大量的基礎(chǔ)性試驗(yàn)研究，為其在土木工程中的應(yīng)用提供參考。本文對(duì)7種不同橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的橡膠砂，在12級(jí)豎向壓力下進(jìn)行側(cè)限壓縮試驗(yàn)，分析橡膠砂的累積沉降量、回彈量、豎向彈塑性應(yīng)變和總應(yīng)變、密度、孔隙比、壓縮系數(shù)、壓縮模量的變化特性。

2 試驗(yàn)

2.1 試樣材料

試驗(yàn)所用橡膠顆粒是由廢舊輪胎經(jīng)機(jī)械破碎得到的黑色顆粒狀碎屑，試驗(yàn)砂為河砂，2種材料的顆粒特征如表1所示，級(jí)配曲線如圖1所示[14]。

表1 砂和橡膠顆粒物理特性Table 1 The physical properties of sand and rubber

圖1 橡膠和砂的顆粒級(jí)配曲線Fig.1 Grading curves of rubber particles and sand

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)工況和制樣控制參數(shù)分別如表2和表3所示。試樣制樣控制密度由式（1）計(jì)算得到。不同配比下混合物的最大干密度和最小干密度參照GB/ T50123—1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[15]提供的方法進(jìn)行測(cè)定。配樣總質(zhì)量由式（2）計(jì)算，橡膠砂中橡膠和砂顆粒的質(zhì)量分別由式（3）和式（4）計(jì)算，相對(duì)密度由式（5）計(jì)算。

w為混合物中橡膠顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，是橡膠顆粒質(zhì)量與混合物總質(zhì)量之比；

m為純橡膠顆粒、純砂顆?；蛳鹉z砂試樣的質(zhì)量；

mr, ms分別為混合物中橡膠和砂顆粒的質(zhì)量；

V為試樣體積；

Dr為試樣相對(duì)密度。

表2 試驗(yàn)工況Table 2 Test conditions

表3 制樣控制參數(shù)Table 3 The control parameters of the samples

將得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)按以下方法進(jìn)行處理：試樣的初始孔隙比由式（6）計(jì)算；第i級(jí)荷載下不同w試樣的孔隙比由式（7）計(jì)算；第i級(jí)荷載至第i+1級(jí)荷載作用范圍下不同w試樣的壓縮系數(shù)、壓縮模量分別由式（8）和式（9）計(jì)算。

式（6）～（9）中：e0,0, Gs,0, h0分別為不同w試樣的初始孔隙比、初始含水率、比重、實(shí)際初始密度、實(shí)際初始高度（修正后的高度），由于采用的是干燥試樣，因此取0=0 ；

ei, e(i+1)分別為第i級(jí)和第i+1級(jí)荷載下不同w試樣的孔隙比；

Δhi為第i級(jí)荷載作用下試樣的總壓縮量；

ai-(i+1)和Es,i-(i+1)分別為第i級(jí)荷載至第i+1級(jí)荷載作用范圍下不同試樣的壓縮系數(shù)和壓縮模量。

2.3 試驗(yàn)步驟

在固結(jié)儀內(nèi)放置大護(hù)環(huán)，大護(hù)環(huán)內(nèi)底部鋪上透水石，在其上放置一濾紙片，然后依次放置開口面積為30 cm2的下護(hù)環(huán)、環(huán)刀和導(dǎo)環(huán)；將稱量混合好的橡膠砂分4層裝入內(nèi)徑為61.8 mm，高度為20.0 mm的環(huán)刀內(nèi)；使用擊樣器（將擊錘沿導(dǎo)桿抬高至一定高度后松手使其沿導(dǎo)桿自由下落）將橡膠砂擊、壓至與環(huán)刀上表面齊平，停止擊、壓，此時(shí)會(huì)看到試樣表面有回彈，并且w越大回彈越明顯；最后，在試樣表面依次鋪一濾紙片，放置透水石和傳壓板，裝樣完畢。將裝有試樣的固結(jié)儀準(zhǔn)確地放在加荷橫梁的中心，調(diào)整杠桿平衡，施加1 kPa預(yù)壓荷載，調(diào)整百分表至“0”讀數(shù)，待預(yù)壓穩(wěn)定后，用游標(biāo)卡尺測(cè)量并記錄其回彈值，見表4；然后依次采用12.5, 25, 50, 100, 200, 300, 400, 800 kPa對(duì)試樣進(jìn)行加壓，最后依次采用400, 200, 100, 0 kPa進(jìn)行卸壓；待試樣沉降穩(wěn)定（即每隔24 h）后讀取并記錄該級(jí)荷載下的百分表讀數(shù)，記錄數(shù)據(jù)后施加下一級(jí)荷載。

橡膠顆粒相比于傳統(tǒng)的土工材料具有壓縮性高，回彈能力強(qiáng)等特點(diǎn)。裝樣時(shí)，停止擊、壓試樣后，不同配比的橡膠砂出現(xiàn)回彈，且隨w的增加回彈越明顯?；貜椃€(wěn)定后，試樣的初始高度除純砂顆粒的高度與環(huán)刀高度相等外，橡膠砂的初始高度均大于環(huán)刀的高度。因此，需根據(jù)回彈值對(duì)橡膠砂在各級(jí)荷載下的初始高度、初始密度和初始相對(duì)密度進(jìn)行修正，得出其實(shí)際初始控制參數(shù)，基于修正值得出的橡膠砂在各級(jí)荷載下的壓縮特性才會(huì)更真實(shí)。w為10%和20%時(shí)橡膠砂的裝樣示意圖如圖2所示；不同w試樣的實(shí)際初始參數(shù)和側(cè)限壓縮試驗(yàn)分別如表4和圖3所示。

圖2 裝樣示意圖Fig. 2 Schematic diagram of samples preparation

表4 不同w試樣的實(shí)際初始參數(shù)Table 4 The actual initial parameters of samples with different rubber mass fractions

圖3 不同w試樣的側(cè)限壓縮試驗(yàn)Fig. 3 The laterally confined compression tests of samples with different rubber mass fractions

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)對(duì)7種不同w且干燥的試樣進(jìn)行側(cè)限壓縮試驗(yàn)，得到了試樣在各級(jí)荷載作用下的累積沉降量、荷載-沉降回彈曲線，豎向應(yīng)變、孔隙比、壓縮模量分別與橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的曲線，實(shí)際密度、實(shí)際相對(duì)密度、孔隙比分別與豎向應(yīng)力的曲線，壓縮系數(shù)、壓縮模量分別與豎向應(yīng)力段的曲線，并對(duì)試樣的這些壓縮特性進(jìn)行分析。

3.1 沉降回彈特性

各級(jí)荷載下，不同w試樣的累積沉降量如表5所示；卸荷至0 kPa時(shí)的回彈量，加荷至800 kPa時(shí)的總應(yīng)變以及加卸載完畢時(shí)的彈塑性應(yīng)變?nèi)绫?所示，其中p=800 kPa時(shí)對(duì)應(yīng)的累積沉降量為其總沉降量；不同w試樣荷載-沉降回彈曲線如圖4所示；試樣的豎向應(yīng)變與橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線如圖5所示。本文將試樣的總應(yīng)變視為試樣彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變的總和。

表5 各級(jí)荷載下不同w試樣的累積沉降量Table 5 The cumulative settlements of samples with different rubber mass fractions under different loads mm

表6 各級(jí)荷載下不同w試樣的回彈量及豎向應(yīng)變Table 6 The rebound values and vertical strains of samples with different rubber mass fractions under different loads

從表5、表6及圖4可知：p相同時(shí)，試樣的累積沉降量隨w的增加而增加，這是由于橡膠顆粒具有很強(qiáng)的壓縮性，因此試樣的壓縮量隨w的增大而增大；w相同時(shí)，加載時(shí)的累積沉降量隨p的增大而增大；當(dāng)卸荷至0 kPa時(shí)，回彈量隨w的增加而變大，橡膠顆粒的回彈量約為砂顆?；貜椓康?3.7倍，表明橡膠顆粒的彈性模量比砂顆粒的彈性模量小很多，橡膠顆粒壓縮形變能力比砂顆粒強(qiáng)。從表6和圖5可知：試樣的彈、塑性應(yīng)變以及總應(yīng)變均隨w的增加而變大，表明顆粒間的初始孔隙隨w的增加而增加，這與文獻(xiàn)[10]得出的橡膠土中的膠粒摻量越多，可恢復(fù)變形越大的結(jié)論類似，也與文獻(xiàn)[12]得出的橡膠砂中的膠粒摻量越大，其彈塑性變形越大的結(jié)論一致；此外，試樣的塑性應(yīng)變大于其彈性應(yīng)變，表明顆粒間的擠密重排產(chǎn)生的沉降大于顆粒形變產(chǎn)生的沉降。因此，將橡膠砂作為土木工程中的輕質(zhì)填料或建筑物基礎(chǔ)下的隔震層，需考慮橡膠砂的沉降特性對(duì)上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。

圖4 不同w試樣荷載沉降回彈曲線Fig. 4 The vertical load and settlement-rebound curves of samples with different rubber mass fractions

圖5 試樣的豎向應(yīng)變與橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線Fig. 5 The relationship curves for the vertical strain and rubber mass fraction of samples

3.2 密度特性

橡膠砂是一種復(fù)合材料，膠粒的存在使其相比于常規(guī)土工材料，壓縮性增強(qiáng)，體積壓縮量變大，對(duì)橡膠砂和純膠粒試樣進(jìn)行側(cè)限壓縮時(shí)，不能忽視這一因素對(duì)其壓縮特性的影響。由于其體積隨p的增大而變小，且體積的減少量隨w的增大而變大，因此，試樣在各級(jí)荷載下的密度和相對(duì)密度是變化的，且與制樣控制密度有一定的差距。為能較好地說(shuō)明這一特性，計(jì)算了各級(jí)荷載下不同w試樣的實(shí)際密度和實(shí)際相對(duì)密度。各級(jí)荷載下不同試樣的實(shí)際密度和實(shí)際相對(duì)密度分別如表7和表8所示；不同試樣的實(shí)際密度與豎向應(yīng)力的關(guān)系曲線，實(shí)際相對(duì)密度與豎向應(yīng)力的關(guān)系曲線分別如圖6和圖7所示。

表7 各級(jí)荷載下不同w試樣的實(shí)際密度Table 7 The actual density of samples with different rubber mass fractions under different loads g/cm3

表8 各級(jí)荷載下不同w試樣的實(shí)際相對(duì)密度Table 8 The actual relative density of samples with different rubber mass fractions under different loads %

從表7和圖6可知：相同w試樣的實(shí)際密度隨p的增加而變大，砂顆粒的實(shí)際密度與其制樣密度接近。當(dāng)p＜100 kPa時(shí)，橡膠砂試樣的實(shí)際密度小于制樣密度；當(dāng)p=100 kPa時(shí)，其實(shí)際密度略大于制樣密度；當(dāng)p＞100 kPa時(shí)，其實(shí)際密度均大于制樣密度。純橡膠顆粒的實(shí)際密度小于其制樣密度，且其實(shí)際密度隨p的增加越來(lái)越接近制樣密度，當(dāng)p=800 kPa時(shí)，其實(shí)際密度略小于制樣密度。這些現(xiàn)象表明膠粒具有彈性變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，特別是橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的橡膠砂對(duì)豎向壓力的變化較為敏感。

從表8和圖7可知：不同w試樣的實(shí)際相對(duì)密度隨p的增加而變大，與其對(duì)應(yīng)的實(shí)際密度具有類似的特性。因而在對(duì)橡膠砂進(jìn)行相關(guān)力學(xué)試驗(yàn)時(shí)，需考慮橡膠砂在各級(jí)荷載下密度改變對(duì)其力學(xué)特性的影響。

圖6 不同w試樣的實(shí)際密度與豎向應(yīng)力的關(guān)系曲線Fig. 6 The actual density-vertical stress curves of samples with different rubber mass fractions

圖7 不同w試樣的實(shí)際相對(duì)密度與豎向應(yīng)力的關(guān)系曲線Fig. 7 The actual relative density-vertical stress curves of samples with different rubber mass fractions

3.3 孔隙比特性

各級(jí)p下不同w試樣的孔隙比e如表9所示，不同w試樣的e-p曲線、e-log(p)曲線、e-log(p)曲線回歸方程分別如圖8、圖9和表10所示，各級(jí)p下的ew曲線如圖10所示。

表9 各級(jí)p下不同w試樣的孔隙比Table 9 The void ratio of samples with different rubber mass fractions under different p

圖8 不同w試樣的e-p曲線Fig. 8 The e-p curves of samples with different rubber mass fractions

圖9 不同w試樣的e-log(p)曲線Fig. 9 The e-log(p) curves of samples with different rubber mass fractions

表10 不同w試樣的e-log(p)曲線回歸方程Table 10 The regression equations of e-log(p) curves of samples with different rubber mass fractions

從表9和圖8可知：相同w試樣的e隨p的增大而變小，純砂顆粒的e隨p的增大變化平緩，且在各級(jí)p下的e均小于橡膠砂的e；純橡膠顆粒試樣的e隨p的增大變化陡快；孔隙比是指試樣中孔隙體積與顆粒體積之比，一般認(rèn)為e＞1.0的土是疏松高壓縮性土[16]。表9中純橡膠顆粒在p為0和12.5 kPa時(shí)的e分別是1.050 8和1.046 6，w=50%的橡膠砂在p=0 kPa時(shí)的e為1.002 2。因此，本文的純橡膠顆粒和w=50%的橡膠砂可以認(rèn)為是疏松的高壓縮性復(fù)合材料。

圖10 各級(jí)p下試樣的e-w曲線Fig. 10 The e-w curves of samples under different p

從圖9和表10可知：純砂顆粒和w為10%試樣的e-log(p)曲線具有線性回歸特性，斜率較小且接近；w為20%至50%以及純橡膠顆粒試樣e-log(p)曲線近似線性特性，其線性擬合斜率隨w的增加而變大，且相同w試樣其e-log(p)曲線的分段斜率隨log(p)的增大而變大，純橡膠顆粒e-log(p)曲線的擬合斜率約為純砂顆粒的23.4倍，約為10%橡膠砂的7.8倍。這都充分表明，向河砂中加入一定顆粒級(jí)配的橡膠顆粒，其壓縮變形能力迅速增強(qiáng)。

從表9和圖10可知：在p為12.5～100 kPa時(shí)，試樣的e隨橡膠w的變大而變大。在p為100～800 kPa時(shí)，w為0～40%試樣的e隨w的變大而變大，但w為40%～100%試樣的e隨w的變大而變小，這是由于，初始孔隙比較大的高w橡膠砂相比于低w橡膠砂在較大p下其孔隙壓縮量大，因此其孔隙比迅速減小，而低w橡膠砂的孔隙比隨p的增加降低緩慢。

3.4 壓縮系數(shù)特性

不同p段不同w試樣的壓縮系數(shù)av如表11所示，不同w試樣的av-p曲線和不同p段的av-w曲線分別如圖11和圖12所示。

表11 不同p段不同w試樣的壓縮系數(shù)Table 11 The compression coefficients of samples with different rubber mass fractions under different p sections MPa-1

圖11 不同w試樣的av-p段曲線Fig.11 The av-p curves of samples with different rubber mass fractions

圖12 不同p段試樣的av-w曲線Fig.12 The av-w curves of samples under different p sections

從表11和圖11可知：相同w試樣的av隨p段的變大而變小，純砂顆粒的av隨p段的增大變化平緩，且各p段的av均小于橡膠砂各p段的av；不同w的橡膠砂和純橡膠顆粒試樣的av-p段曲線表現(xiàn)出非線性特性，這種非線性隨w的增大變得更加顯著。

從表11和圖12可知：p段相同時(shí)，不同w試樣的av隨w的增加而變大，w相同時(shí)，相鄰p段av的降低量隨p段的增大而變小。這表明混合物試樣中膠粒含量越多越易被壓縮，p段越大越難被壓縮。若將橡膠砂用于實(shí)際工程的回填，雖然工程的質(zhì)量得到了減輕，但為了克服混合物豎向壓縮不穩(wěn)定造成的不均勻沉降而鋪設(shè)的上覆土層，其厚度需隨橡膠砂中膠粒含量的增加而增加，這樣便能避免橡膠砂特別是其橡膠含量較高時(shí)的豎向不穩(wěn)定性帶來(lái)的工程誤差。此外，參照GB50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的4.2.6條[17]，同時(shí)結(jié)合表11中的相關(guān)數(shù)值可知：本文中用到的純砂顆粒可認(rèn)為是低壓縮性材料；w為10%～30%的橡膠砂可認(rèn)為是中壓縮性材料；w為40%～50%的橡膠砂和純橡膠顆粒可認(rèn)為是高壓縮性材料。

3.5 壓縮模量特性

不同p段不同w試樣的壓縮模量Es如表12所示，不同w試樣的Es-p段曲線如圖13所示，不同p段的Es-w曲線和其指數(shù)擬合回歸方程分別如圖14和表13所示。

表12 不同p段不同w試樣的壓縮模量Table 12 The compression modulus of samples with different rubber mass fractions under different p sections MPa

圖13 不同w試樣的Es-p段曲線Fig. 13 The Es-p curves of samples with different rubber mass fractions

圖14 不同p段試樣的Es-w曲線Fig. 14 The Es-w curves of samples under different p sections

從表12和圖13可知：相同w試樣的Es隨p段的增大而變大，純砂顆粒Es-p段曲線變化陡快，純橡膠顆粒的Es-p變化平緩，橡膠砂的Es-p段曲線變化快慢介于兩者之間，且混合物中膠粒含量越多，其Es隨p段的增大而變大的現(xiàn)象越不明顯；此外，各p段下純砂顆粒的壓縮模量均比橡膠砂和純橡膠顆粒的壓縮模量大。

表13 不同p段試樣的Es-w指數(shù)擬合回歸方程Table 13 The Es-w exponential fitting regression equations of samples under different p sections

從表13和圖14可知：p段相同時(shí)，橡膠砂的Es隨w的增加而降低；各p段的Es-w曲線能較好地與指數(shù)擬合曲線吻合。這表明相同p段的Es隨w的增加呈指數(shù)衰減，且p段越大，衰減越明顯。以上現(xiàn)象表明，在砂顆粒中加入橡膠顆粒，其壓縮模量顯著降低，且其壓縮模量的降低量隨加入膠粒的增加而變大；因而，在獲得廉價(jià)環(huán)保的動(dòng)載緩沖、輕質(zhì)材料時(shí)，還需考慮橡膠砂土低壓縮模量造成結(jié)構(gòu)物的不穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

1）橡膠砂的回彈量、彈塑性應(yīng)變以及總應(yīng)變隨橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而變大；豎向壓力相同時(shí)，橡膠砂的累積沉降量、初始孔隙比、壓縮系數(shù)均隨橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加；橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，橡膠砂的累積沉降量、密度、壓縮模量均隨豎向應(yīng)力的增大而增大，且塑性應(yīng)變大于彈性應(yīng)變。這些特性，橡膠砂比純砂顆粒明顯，純橡膠顆粒比橡膠砂顯著。

2）純砂顆粒和橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的橡膠砂，其e-log(p)曲線具有線性回歸特性，兩者的線性回歸曲線斜率很小且很接近；橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～50%的橡膠砂以及純橡膠顆粒試樣，其e-log(p)曲線近似線性特性，其線性擬合斜率隨橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而變大，且相同橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)試樣的e-log(p)曲線的分段斜率隨豎向應(yīng)力對(duì)數(shù)值的增大而變大。

3）橡膠砂和純橡膠顆粒試樣的壓縮系數(shù)-豎向應(yīng)力段曲線表現(xiàn)出非線性特性，這種非線性隨橡膠砂中橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大越來(lái)越顯著。

4）相同豎向應(yīng)力段的壓縮模量隨橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈指數(shù)衰減，且豎向應(yīng)力段越大，衰減越明顯。

5）本文中用到的純砂顆粒可認(rèn)為是低壓縮性材料；橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%, 20%, 30%的橡膠砂可認(rèn)為是中壓縮性材料；橡膠膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%, 50%的橡膠砂和純橡膠顆粒可認(rèn)為是高壓縮性材料。

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（責(zé)任編輯：鄧光輝）

Study on Laterally Confined Compression Test of Rubber-Sand Mixtures

Zhang Yongfu，Liu Fangcheng，Yue Hongtao，Gan Lin
（School of Civil Engineering，Hunan University of Technology，Zhuzhou Hunan 412007，China）

Conducted a series of laterally confined compression tests on rubber-sand mixtures of 7 different rubber mass fractions, in which considering the impact of 12 levels vertical pressure on the compression properties of the mixtures. Results of the tests indicate that: 1) The springback, the elastic-plastic strain and the total strain of rubber-sand mixtures increase with the increment of rubber mass fractions. When vertical pressure are the same, the cumulative settlement, the void ratio and the compression coefficients of rubber-sand mixtures increase with the increment of rubber mass fractions. When rubber mass fractions are the same, the cumulative settlement, the density and the compression modulus of rubbersand mixtures increase with the vertical pressure increment, and its plastic strains are larger than its elastic strains. These change characteristics of rubber-sand mixtures are more obvious than that of pure sand particles and are less distinct than that of pure rubber particles. 2) The e-log(p) curves of the pure sand particles and the rubber-sand mixtures of 10% rubber mass fraction have the characteristics of linear regression，and their linear fitting slopes are small and close. The e-log(p) curves of the pure rubber particles and the rubber-sand mixtures of 20% to 50% rubber mass fraction approximate linear characteristics, and their linear fitting slopes increase with the increment of rubber mass fractions. The subsection slope of e-log(p) curves increase with the vertical stress logarithm value increasing when rubber mass fractions are the same. 3) Thecompression coefficient-vertical stress section curves of the pure rubber particles and rubber-sand mixtures exhibit nonlinear characteristics, it is more and more obvious with the rubber mass fraction increasing. 4) Compression modulous of the same vertical stress sections decays with rubber mass fractions increasing, and the greater the vertical stress section, the more obvious the attenuation.

rubber-sand mixtures；laterally confined compression tests；compression properties

TU411.7

A

1673-9833(2015)03-0001-09

10.3969/j.issn.1673-9833.2015.03.001

2015-02-12

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51108177），湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（10JJ4040），湖南工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2013HZX09，2012HZX20）

張永富（1989-），男，湖南邵陽(yáng)人，湖南工業(yè)大學(xué)碩士生，主要研究方向?yàn)楦粽鹋c振動(dòng)，E-mail：studyzyf@163.com