劉曉東， 崔可銳

(合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

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合肥南站膨脹土單向浸水膨脹規(guī)律研究

劉曉東， 崔可銳

(合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

在不同的垂直壓力下對合肥南站膨脹土進(jìn)行單向浸水膨脹試驗(yàn)研究，探索膨脹土膨脹變形規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果證明：膨脹土單向浸水膨脹率與試樣的初始干密度、垂直壓力及初始含水量近似呈直線關(guān)系，在保持其他變量相同的條件下，隨著干密度的增加膨脹率增加，隨著含水率的增加膨脹率減小，隨著垂直壓力的增加膨脹率減小。

膨脹土；膨脹率；單向浸水；膨脹規(guī)律；干密度

0 引 言

合肥市濱臨巢湖，位于北淮陽地槽和江淮臺隆褶皺帶，其寬闊的波狀丘陵是由膨脹土構(gòu)成，為典型的膨脹土覆蓋地區(qū)。合肥市區(qū)的膨脹土廣泛分布在南淝河二級階地及丘陵地帶，主要是紅色黏土巖經(jīng)風(fēng)化、流水搬運(yùn)、沖積而成，形成于晚更新世，其礦物成分以蒙脫石和伊利石為主，原生礦物以石英為主[1-2]。

1 膨脹土單向浸水膨脹規(guī)律

膨脹土是一種黏性土，其所含蒙脫石對濕度變化較敏感，隨濕度減少或增加產(chǎn)生收縮或膨脹，并產(chǎn)生膨脹壓力或收縮裂隙。在自然情況下，以膨脹土為地基的構(gòu)筑物，受到地下水位變化和降水影響，導(dǎo)致膨脹土吸水膨脹，嚴(yán)重影響地基穩(wěn)定性。雖然膨脹土的浸水膨脹規(guī)律研究已經(jīng)從一維發(fā)展到三維[3-5]，但是膨脹土的單向浸水膨脹試驗(yàn)仍然能夠較準(zhǔn)確地反映膨脹土由于降水和地下水位升降所引起的膨脹變形規(guī)律，因此，在單向浸水條件下研究膨脹土的膨脹規(guī)律，對膨脹土基礎(chǔ)設(shè)計、施工和預(yù)測膨脹變形具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

1.1 試驗(yàn)方法

吸水膨脹變形是膨脹土的主要特征之一，用膨脹率δ表示其形變大小，即

(1)

其中，ΔH為土樣浸水膨脹后厚度變化值；H0為膨脹土樣浸水前的厚度[6-7]。

采用常規(guī)固結(jié)儀進(jìn)行單向浸水試驗(yàn)，取用南一環(huán)地區(qū)典型膨脹土樣，在5種垂直壓力下，進(jìn)行12組不同初始含水率、初始干密度土樣的單向浸水膨脹試驗(yàn)，垂直壓力分別為25 kPa 、50 kPa 、100 kPa、200 kPa、300 kPa，土樣的初始含水率分別為16%、18%、20%、23%，初始干密度分別為1.50 g/cm3、1.57 g/cm3、1.67 g/cm3。土樣受到的垂直壓力在試驗(yàn)前一次性加上，加壓穩(wěn)定后(每小時的形變量不超過0.01 mm)向盒內(nèi)注入蒸餾水自下而上浸入土樣，并且保持水面低于土樣的上表面5 mm。每2 h記錄百分表讀數(shù)1次，當(dāng)連續(xù)2次讀數(shù)差≤0.01 mm時，認(rèn)為膨脹穩(wěn)定[8-10]。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

在5種垂直壓力下，12組不同初始含水率、初始干密度土樣的單向浸水膨脹試驗(yàn)結(jié)果見表1～表4所列。

表1 含水率16%土樣浸水膨脹試驗(yàn)結(jié)果 mm

表2 含水率18%的土樣浸水膨脹試驗(yàn)結(jié)果 mm

表3 含水率20%的土樣浸水膨脹試驗(yàn)結(jié)果 mm

表4 含水率23%的土樣浸水膨脹試驗(yàn)結(jié)果 mm

1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

(1) 膨脹變形與干密度的關(guān)系。當(dāng)土樣含水率分別為16%、18%、20%時，其膨脹變形與干密度關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 不同含水率土樣膨脹變形與干密度關(guān)系

由圖1可以看出，在初始含水率和垂直壓力相同的條件下，隨著初始干密度的增大土樣膨脹率增大，并且膨脹率與初始干密度近似呈直線關(guān)系；在初始干密度相同的條件下，隨著垂直壓力的增大土樣膨脹率減小，即增加荷載可以抑制膨脹土的膨脹性。

(2) 膨脹變形與初始含水率關(guān)系。當(dāng)土樣初始干密度分別為1.50 g/cm3、1.57 g/cm3、1.67 g/cm3時，其膨脹變形與初始含水率關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 不同干密度土樣膨脹變形與含水率關(guān)系

(3) 膨脹變形與垂直壓力關(guān)系。當(dāng)土樣初始干密度分別為1.50 g/cm3、1.57 g/cm3、1.67 g/cm3時，其膨脹變形與垂直壓力關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 不同干密度土樣膨脹變形與垂直壓力關(guān)系

由圖3可以看出，在相同初始干密度與垂直壓力下，隨初始含水率增大土樣膨脹率減小，近似呈直線關(guān)系，且垂直壓力越大，土樣膨脹率越小。從理論上說，土體中的有效應(yīng)力隨著垂直壓力的增加而增加，進(jìn)而阻止土樣含水率增大，阻礙土顆粒表面水膜厚度增加，從而阻礙土體膨脹。

2 結(jié) 論

(1) 控制初始含水率和垂直壓力相同的情況下，土樣的膨脹率與初始干密度成正比，土樣的膨脹率和初始干密度近似呈直線關(guān)系。當(dāng)土體的初始含水率較大且干密度較小，可能發(fā)生濕陷。

(2) 控制初始干密度和垂直壓力相同的情況下，土樣的膨脹率與初始含水率成反比，土樣膨脹率和初始含水率呈近似直線關(guān)系。

(3) 控制初始干密度和初始含水率相同的情況下，土樣膨脹率與壓力成反比。

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2016-05-12

劉曉東(1989-)，男，安徽亳州人，合肥工業(yè)大學(xué)碩士生；

崔可銳(1956-)，男，安徽蕪湖人，博士，合肥工業(yè)大學(xué)教授．

TU 411.01

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1673-5781(2016)03-0292-03