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        石灰對云南膨脹土力學特性影響的試驗研究

        2016-11-22 03:19:15董紅艷代啟亮李玉華王寶龍高貴全雷騰云
        山西建筑 2016年20期
        關(guān)鍵詞:粘聚力摩擦角土樣

        董紅艷 代啟亮 李玉華 王寶龍 高貴全 雷騰云

        (1.云南農(nóng)業(yè)大學水利學院,云南 昆明 650201; 2.中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600;3.黑龍江和信勘測設計有限公司,黑龍江 哈爾濱 150000; 4.云南農(nóng)業(yè)大學教務處,云南 昆明 650201)

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        石灰對云南膨脹土力學特性影響的試驗研究

        董紅艷1代啟亮1李玉華2王寶龍3高貴全4雷騰云1

        (1.云南農(nóng)業(yè)大學水利學院,云南 昆明 650201; 2.中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600;3.黑龍江和信勘測設計有限公司,黑龍江 哈爾濱 150000; 4.云南農(nóng)業(yè)大學教務處,云南 昆明 650201)

        選取云南省典型的湖相沉積型膨脹土土樣,以石灰為改良劑對其進行化學改良,并對改良的膨脹土進行三軸剪切試驗,結(jié)果表明,石灰改性土中石灰的最優(yōu)摻量為5.5%,為工程實踐中膨脹土改良提供了一定的依據(jù)。

        膨脹土,石灰,三軸剪切試驗,摻灰比

        0 引言

        膨脹土是一種主要由強親水性粘土礦物成分(蒙脫石和伊利石)組成的,具有膨脹結(jié)構(gòu)以及多裂隙性、強脹縮性和強度衰減性的高塑性粘性土,也是典型的非飽和土。統(tǒng)計分析得出云南省膨脹土以湖相沉積型為主,因此本次研究選取典型的湖相沉積型膨脹土土樣,以期研究結(jié)果更具代表性和實用性。

        石灰的摻入量和改性土的強度為非線性關(guān)系[1-3],因此需要確定膨脹土的最優(yōu)摻灰量,才能使改性效果最理想。研究表明,改性土達到最大pH值的石灰用量為最優(yōu)摻量[4]。本文石灰摻入劑量分別為0%,3%,5%,7%和9%,通過三軸剪切試驗,以確定石灰改性土中石灰的最優(yōu)摻量。

        1 試驗用土

        為了使研究更具代表性和說服力,本次研究選取兩個典型的湖相沉積型膨脹土分布區(qū)進行取樣。土樣分別取自曲靖市沾益縣水務局附近和昆明市昆曲高速路口附近,將沾益縣水務局附近的土樣記為1號土樣,昆明市昆曲高速路口附近的土樣記為2號土樣。其中,取1號土樣時正值下雨,挖深至地下3 m取土,取出的膨脹土呈塊狀,灰白色,土質(zhì)細膩,粘性很大,鏟出時十分費力,手摸上去有明顯的滑膩感,多裂隙;2號土樣顏色呈灰白,呈硬塑狀態(tài),強度較高,浸水后迅速軟化、崩解,強度大大降低,兩種土樣均屬湖相沉積型。

        將全部土樣風干,碾碎,過0.5 mm篩,將2號土樣全部放入預備好的儲物盒中,待測定其基本的物理、力學指標。將1號土樣分為5等份,分別放入貼有不同標號的儲物盒中,第1份不摻加任何物質(zhì),用于測定膨脹土的基本物理力學特性,如表1,表2所示。其余4份分別用于改性試驗,配制成石灰(基本性質(zhì)如表3所示)改性土,其中石灰含量分別為3%,5%,7%,9%。將每份土樣拌勻,蓋好盒蓋,密封28 d后開展改性試驗。

        表1 1號土樣主要物理力學特性表

        表2 2號土樣主要物理力學特性表

        表3 石灰基本性質(zhì)

        2 三軸剪切試驗

        膨脹土的抗剪強度指標粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ可以通過抗剪強度試驗獲得,為了測得膨脹土的粘聚力和內(nèi)摩擦角,本次研究對素土及改性土均分別進行不固結(jié)不排水剪(UU)的三軸壓縮試驗。

        稱取一定量的風干土樣,按最優(yōu)含水率計算出需要加的水量,將需要加的水量噴灑到土料上,拌勻,密封靜置24 h。取出土料復測其含水率,至其與最優(yōu)含水率差值小于±1%。根據(jù)最大干密度及擊實筒體積計算出試樣質(zhì)量,稱取試樣,均分為5份,將第1份裝入三瓣膜制樣器中,擊實至預定高度,將其表面刨毛5 mm,然后放入第二層土,重復上述操作,將土樣分五層擊實,拆掉三瓣膜,稱量試樣重量,準確至0.1 g,復核試樣密度,當試樣密度與最大干密度差值小于±0.02 g/cm3時,制樣成功,四個試樣為一組。對壓力室底座充水,然后將橡皮膜套在承膜筒內(nèi),將試樣套在橡皮膜內(nèi),取出承膜筒,用橡皮圈將橡皮膜分別扎緊在壓力室底座和試樣帽上,裝上壓力室罩。開排氣孔,向壓力室充水,當壓力室內(nèi)快注滿水時,降低進水速度,水從排氣孔溢出時,關(guān)閉排氣孔。關(guān)體變管閥及孔隙壓力閥,開周圍壓力閥加至所需圍壓。旋轉(zhuǎn)手輪及活塞,軸向測力計有微讀數(shù)時,將軸向測力計和軸向位移計調(diào)至0。其余三個試樣按上述方法進行同樣的操作,每組試樣施加的圍壓均不同,一組四個試樣分別按100 kPa,200 kPa,300 kPa,400 kPa施加圍壓。利用剪切破壞時得到的最大主應力繪制一組極限應力圓,做出公切線,公切線與橫坐標的夾角為土的內(nèi)摩擦角,公切線與縱坐標的截距即為土的粘聚力。

        3 試驗結(jié)果

        通過對不同摻灰比的試樣進行三軸剪切試驗,所得結(jié)果如表4所示。

        同時由圖1,圖2可知,摻灰比在0%~5.7%(0%~3.8%)以內(nèi)時,隨著摻灰比的增大,粘聚力(內(nèi)摩擦角)不斷增大,當摻灰比超過5.7%(3.8%)后,粘聚力和內(nèi)摩擦角則隨著摻灰比的增大而變小。主要是因為在石灰(或粉煤灰)含量增加過程中,土中的粗顆粒先增加,當石灰含量達到一定程度時,土中粗顆粒又減少造成的。

        表4 石灰改性土三軸壓縮試驗結(jié)果

        4 結(jié)語

        1)通過對三軸剪切試驗結(jié)果的分析,可以看出改性后的膨脹土力學性質(zhì)得到了增強。

        2)試驗結(jié)果分析表明,石灰改性土中石灰的最優(yōu)摻量為5.5%,為工程實踐中對膨脹土進行改良提供了一定的依據(jù)。

        [1] [英]F.G.Bell,MSc,phD,等.用石灰對黏性土的處理與穩(wěn)定[J].江錫民,譯.路基工程,1990,28(1):69-82.

        [2] 馬 冀.用石灰改變裂土工程性質(zhì)[J].路基工程,1985,2(4):43-48.

        [3] [日]石田宏.生石灰粉末穩(wěn)定黏土的強度特性[J].鄒天隆,譯.路基工程,1990,15(6):59-66.

        [4] 林隴安,王秉勇.改性裂隙黏土工程性質(zhì)的一種有效措施——石灰土[J].路基工程,1988,17(2):36-39.

        Experimental study on the effect of lime on the mechanical properties of expansive soil in Yunnan

        Dong Hongyan1Dai Qiliang1Li Yuhua2Wang Baolong3Gao Guiquan4Lei Tengyun1

        (1.YunnanAgriculturalUniversity,CollegeofWaterConservancy,Kunming650201,China;2.FifthSurveyandDesignInstituteofChinaRailwayGroupCo.,Ltd,Beijing102600,China;3.HeilongjiangHexinSurvey&DesignCo.,Ltd,Harbin150000,China;4.YunnanAgriculturalUniversity,TeachingAdministrationOffice,Kunming650201,China)

        This paper selects the Yunnan province typical lake phase deposition type expansive soil samples and using lime as modifiers on the modification. The results of three-axis shear test on the improved expansive soil showed that the optimum content of lime in the lime-modified soil was 5.5%. It provides a certain basis for the improvement of expansive soil in engineering practice.

        expansive soil, lime, three-axis shear test, fly ash ratio

        1009-6825(2016)20-0058-03

        2016-05-09

        董紅艷(1990- ),女,在讀碩士; 代啟亮(1983- ),男,碩士,講師; 李玉華(1985- ),女,碩士;

        TU411.3

        A

        王寶龍(1990- ),男,碩士; 高貴全(1968- ),男,教授; 雷騰云(1986- ),男,碩士,講師

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