李朝輝,程謙恭，王艷濤，王小芳，藍(lán)康文，郭 強(qiáng)

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031；2.西南交通大學(xué)高速鐵路運(yùn)營安全空間信息技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031；3.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 610031；4.四川理工大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 自貢 643000；5.河北建筑工程學(xué)院土木工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

?

干濕循環(huán)下石灰改良膨脹土離心模型試驗(yàn)研究

李朝輝1,程謙恭2，3，王艷濤3，王小芳4，藍(lán)康文3，郭 強(qiáng)5

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031；2.西南交通大學(xué)高速鐵路運(yùn)營安全空間信息技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031；3.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 610031；4.四川理工大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 自貢 643000；5.河北建筑工程學(xué)院土木工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

為研究南寧石灰改良膨脹土高鐵路堤在干濕循環(huán)作用下的工程特性，運(yùn)用相似原理，以室內(nèi)離心模型試驗(yàn)為主要手段,對(duì)路堤模型進(jìn)行三次干濕循環(huán)試驗(yàn)，探究土壓力、吸力、含水率、溫度等隨時(shí)間、深度及干濕循環(huán)次數(shù)變化的規(guī)律。研究表明：在離心模型試驗(yàn)中，自行推導(dǎo)建立的蒸發(fā)相似關(guān)系對(duì)蒸發(fā)時(shí)間和強(qiáng)度的控制適用可行，效果良好；路堤邊坡變形與含水率變化密切相關(guān)，蒸發(fā)過程中產(chǎn)生少量裂縫，最大寬度不足2 mm，降雨過程裂縫消失；三次干濕循環(huán)后路堤整體變形不明顯；土壓力、吸力、含水率、溫度隨時(shí)間和深度等具有明顯的變化規(guī)律，隨深度增加大氣影響減弱，試驗(yàn)測得其影響深度為8.0 m。研究結(jié)果可為現(xiàn)場石灰改良膨脹土高鐵路堤施工提供一定參考，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。

干濕循環(huán)；蒸發(fā)相似關(guān)系；離心試驗(yàn)；改良膨脹土

膨脹土是一種典型非飽和土，主要由強(qiáng)親水性礦物蒙脫石、伊利石、高嶺石組成，裂隙多[1]，濕脹干縮特性明顯，工程性質(zhì)極差。

在導(dǎo)致膨脹土工程性質(zhì)不良的眾多因素中，氣候變化作為其中之一，為現(xiàn)階段工程界一研究熱點(diǎn)。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)膨脹土在干濕循環(huán)條件下的工程特性進(jìn)行了深入研究：Ng等[2]、孔令偉等[3]通過現(xiàn)場試驗(yàn)分析了氣候變化對(duì)膨脹土邊坡的影響；Ahmed等[4]對(duì)膨脹土在干濕循環(huán)條件下的膨脹潛勢、脹縮疲勞進(jìn)行試驗(yàn)研究；肖杰等[5]、黃震等[6]研究了干濕循環(huán)條件下膨脹土的抗剪強(qiáng)度特征。這些研究均以常規(guī)干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)為主要手段，依托一定量的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，但對(duì)膨脹土體內(nèi)部的工程特性規(guī)律反應(yīng)不全面，對(duì)工程實(shí)踐的指導(dǎo)作用有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

離心模型試驗(yàn)周期短，成本低，受外界條件影響小，對(duì)試驗(yàn)參量控制度高，廣泛應(yīng)用于膨脹土研究中。張敏等[7]、錢紀(jì)蕓等[8]設(shè)計(jì)了滿足離心試驗(yàn)特殊要求的降雨模擬系統(tǒng)，通過離心模型試驗(yàn)來模擬降雨條件下邊坡破壞；王國利等[9]、楊果林等[10]研究了邊坡土體離心模型試驗(yàn)中的蒸發(fā)問題。試驗(yàn)都取得了一定成果，但研究中土體的變形和破壞均在1g條件下完成，未全面考慮干濕循環(huán)邊界條件特征，忽略了離心加速度對(duì)土體工程特性的影響。

現(xiàn)階段，國家高鐵飛速發(fā)展，而高鐵路堤設(shè)計(jì)中對(duì)土壓力、含水率、吸力和溫度等均要求十分嚴(yán)格。國內(nèi)對(duì)離心機(jī)技術(shù)研究起步較晚，依托這一技術(shù)在高鐵路堤設(shè)計(jì)方面的研究尚存不足。故采用這一技術(shù)研究改良土高鐵路堤在干濕循環(huán)作用下的工程特性變得十分迫切，具有良好的工程實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。本文以南寧膨脹土高鐵路堤為研究對(duì)象，以室內(nèi)離心模型試驗(yàn)為研究手段，對(duì)石灰改良膨脹土路堤大氣影響下的工程特性進(jìn)行研究。

1 干濕循環(huán)系統(tǒng)

1.1 蒸發(fā)—降雨相似比尺

離心機(jī)模擬技術(shù)具有“縮時(shí)”與“縮尺”效應(yīng)，利用離心機(jī)產(chǎn)生的N倍重力加速度，達(dá)到模型與原型重力完全相等，保證模型和原型的應(yīng)力應(yīng)變相同、變形相似，具備配套的相似比尺關(guān)系。

降雨相似比尺：基于文[11～12]，得到改進(jìn)的一維流體質(zhì)量連續(xù)方程為：

(1)

式中：P——總壓力/kPa；Pv——濕土蒸汽壓/kPa；ρw——水密度/(kg·cm-3)；Dv——蒸氣消散系數(shù)/(kg·m·kN-1·s-1)；g——重力加速度/(m·s-2)；k——滲透系數(shù)/(m·s-1)；q——邊界流量/(m·s-1)；t——時(shí)間/s；λ——土水特征曲線的斜率/kPa-1；z——某點(diǎn)距土表面距離/m。

假定只有在加熱條件下產(chǎn)生蒸發(fā)，且土體接收的能量完全用于土體蒸發(fā)、液體滲流以及土體溫度升高的消耗。則蒸發(fā)條件下的一維流體質(zhì)量連續(xù)方程和一維熱傳導(dǎo)方程分別為：

(2)

(3)

式中：qz——蒸發(fā)強(qiáng)度邊界熱流量/(W·m-2)qt——加熱強(qiáng)度邊界熱流量/(W·m-2)；Lv——水的汽化潛熱/(J·kg-1)；kt——土體的導(dǎo)熱系數(shù)/(W·m-1·℃-1)；λt——體積比熱/(J·m-3·℃-1)；T——溫度/℃；

其他符號(hào)意義同前。

對(duì)式(2)和(3)分別運(yùn)用量綱分析原理，并由相似原理得蒸發(fā)強(qiáng)度、蒸發(fā)歷時(shí)的相似比尺：

qzr=N，tzr=N-2；Tr/tr=N2，qtr=N

(4)

式中：qzr——蒸發(fā)強(qiáng)度相似比尺；qtr——加熱強(qiáng)度相似比尺；tzr——蒸發(fā)歷時(shí)相似比尺；Tr——相似準(zhǔn)數(shù)；tr——加熱歷時(shí)的相似比尺；N——相似比尺因子。

降雨相似比尺：根據(jù)文[13～14],該研究中降雨強(qiáng)度q和降雨歷時(shí)t的相似比尺取:

qm/qp=N，tm/tp=N-2

(5)

主要物理量的相似比尺關(guān)系見表1。

表1 離心模型試驗(yàn)的相似比尺因子

1.2 干濕循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于前述建立的相似關(guān)系，自行設(shè)計(jì)一套干濕循環(huán)裝置。其中降雨系統(tǒng)(圖1)主要由水箱、降雨器和坡面處理系統(tǒng)三部分組成，其工作原理為：在離心機(jī)運(yùn)行過程中，水箱向降雨器注水，壓力迫使水流通過土工布均勻降至邊坡表面。加熱系統(tǒng)主要采用帶溫控的硅膠加熱板，其工作原理是通過溫控開關(guān)來調(diào)節(jié)硅膠加熱板的溫度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)過程中加熱強(qiáng)度的控制。

圖1 降雨系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖Fig.1 Design of rainfall system

2 試驗(yàn)方法及方案

試驗(yàn)土樣取自南寧高鐵路堤膨脹土邊坡現(xiàn)場，基

本物理力學(xué)參數(shù)見表2，由文[15]判定該土屬于弱膨脹土。

(1)模型規(guī)格：模型箱尺寸為0.8 m×0.7 m×0.7 m，模型相似比尺為1∶40。路堤地基土層厚度為100 mm，長度為765 mm，路堤填筑高度為300 mm(圖2)。

圖2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ土⒚鎴D(單位：mm)Fig.2 Elevation model test(mm)

(2)模型制備：將原狀膨脹土樣翻曬、夯碎、烘干后，過10號(hào)篩(直徑2 mm)，量測烘干土和石灰的含水率；按5%的摻灰比配置石灰改良膨脹土，并按21%的含水率對(duì)其進(jìn)行配水，室外悶土24 h以上；采用分層填筑，控制壓實(shí)厚度為5 cm，對(duì)各層土體表面刮毛，逐層壓實(shí)，直至模型填筑高度；按1∶1.75進(jìn)行削坡。

表2 土樣基本物理力學(xué)參數(shù)

(3)監(jiān)測儀器布設(shè)如圖3所示：編號(hào)TP1—TP6處埋設(shè)LY- 350型應(yīng)變式微型土壓力盒，其中TP1—TP3號(hào)監(jiān)測距路堤斜坡面分別為5，10，15 cm處的豎向土壓力；TP4—TP6號(hào)監(jiān)測路堤頂面向下豎向埋深分別為20，10，5 cm處的側(cè)向土壓力。編號(hào)XP1—XP3處埋設(shè)MPS- 2電介質(zhì)水勢傳感器，監(jiān)測吸力和溫度(5，10，20 cm)，使用時(shí)要在周圍包裹濕土；編號(hào)TT1—TT2處埋設(shè)EC- 5土壤水分傳感器，監(jiān)測含水率(5，10 cm)；采用Em- 50數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)。

圖3 監(jiān)測儀器布置圖Fig.3 Monitoring instrument layout elevation注：(a)、(b)、(c)分別為距路堤模型坡面頂部20 cm、10 cm、5 cm處的俯視平面圖；(d)為監(jiān)測儀器布設(shè)立面圖

降雨裝置率定試驗(yàn)：根據(jù)文[16]，收集30 min內(nèi)降雨裝置的降雨總量為11.24 kg。經(jīng)計(jì)算，得降雨強(qiáng)度為0.7 mm/min。換算得均勻系數(shù)為84.4%，滿足人工降雨均勻度80%的要求。

加熱裝置率定試驗(yàn)：填筑路堤，進(jìn)行三次率定試驗(yàn)，加熱時(shí)間分別為30，40，60 min，試驗(yàn)前后稱取模型箱重量；計(jì)算得加熱裝置平均蒸發(fā)強(qiáng)度為0.13 mm/min。假設(shè)路堤原型平均每天光照蒸發(fā)時(shí)間為10 h，模型加熱強(qiáng)度0.45 W/cm2，則原型的加熱強(qiáng)度為112.5 W/m2，平均蒸發(fā)強(qiáng)度為1.95 mm/d。而實(shí)際上，當(dāng)原型路堤的平均蒸發(fā)強(qiáng)度為1.95 mm/d時(shí)所對(duì)應(yīng)的加熱強(qiáng)度范圍為300～600 W/m2。這是因?yàn)樵谕茖?dǎo)加熱相似關(guān)系時(shí)，忽略了風(fēng)速等的影響[17]；但作為“小結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”，目的是定量計(jì)算加熱裝置的加熱強(qiáng)度，誤差的存在對(duì)研究改良土路堤在干濕循條件下工程特性的演變規(guī)律影響甚小，故蒸發(fā)裝置適用于該研究。

干濕循環(huán)試驗(yàn)：(1)啟動(dòng)、加載、加速固結(jié)。(2)對(duì)路堤邊坡進(jìn)行第一次加熱蒸發(fā)，時(shí)間為30 min；安裝降雨裝置，加載至40g，進(jìn)行第一次降雨入滲試驗(yàn)，時(shí)間為60 min；為保證路堤表面雨水能充分滲入，試驗(yàn)結(jié)束后離心機(jī)繼續(xù)運(yùn)行10 min；第一次干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束，采集數(shù)據(jù)。(3)按步驟(2)依次進(jìn)行第二、三次干濕循環(huán)試驗(yàn)，其加熱歷時(shí)分別為40，60 min，降雨歷時(shí)不變。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象分析

試驗(yàn)中路堤變形情況如圖4所示。第一次干濕循環(huán)后，由于模型箱四壁壓實(shí)度不足，蒸發(fā)使得土體與有機(jī)玻璃接觸處出現(xiàn)輕微脫離，寬度不足1 mm，降雨促使裂縫消失，坡面變形并不明顯(圖4a～b)。第二次蒸發(fā)后，坡面上出現(xiàn)少量細(xì)小裂縫，而第二次降雨后，裂縫閉合(圖4c)。這表明路堤邊坡表面變形與含水率變化密切相關(guān)。第三次蒸發(fā)后，坡面和坡頂都出現(xiàn)長裂縫，最大寬度約2 mm，貫通性較好，這是由于改良土的強(qiáng)度在反復(fù)干濕循環(huán)下發(fā)生衰減，整體穩(wěn)定性減弱(圖4d)。試驗(yàn)后，路堤邊坡并未發(fā)生顯著破壞，脹縮現(xiàn)象不明顯(圖4e、f)。試驗(yàn)滿足實(shí)際工程要求，表明在反復(fù)干濕循環(huán)條件下，膨脹土的石灰改良效果良好。

圖4 試驗(yàn)過程路堤變形圖Fig.4 Deformation of the experimental process embankment(a)第一次蒸發(fā)后有機(jī)玻璃處；(b)第一次降雨后坡面圖； (c)第二次蒸發(fā)坡面細(xì)小裂紋；(d)第三次蒸發(fā)細(xì)長裂紋； (e)試驗(yàn)前路堤模型坡面；(f)試驗(yàn)后路堤模型坡面

3.2 土壓力監(jiān)測結(jié)果分析

3.2.1 豎向土壓力監(jiān)測結(jié)果分析

建立豎向土壓力、深度時(shí)程曲線，見圖5。

圖5 豎向土壓力、深度時(shí)程變化關(guān)系曲線Fig.5 Schedule curve of the vertical earth pressure and depth

同一深度處，豎向土壓力隨蒸發(fā)時(shí)間增大而降低，隨降雨時(shí)間增大而升高，土壓力在各階段變化速率均先快后慢。反復(fù)的干濕循環(huán)作用使土壓力變幅不斷降低，變化速率遞減，三次干濕循環(huán)后，其變化速率已經(jīng)趨于很小。這表明隨干濕循環(huán)次數(shù)增加，其對(duì)改良土土壓力的影響進(jìn)一步減弱。不同深度處，豎向土壓力的平均變化速率隨深度增加而降低，表明大氣對(duì)改良土路堤的影響具有局限性；在大氣影響深度范圍內(nèi)，測點(diǎn)越靠近路堤表面，受大氣影響越劇烈。試驗(yàn)后，改良土含水率減小，濕密度、重度降低，隨深度增加，豎向土壓力變幅遞增；而隨降雨入滲作用增強(qiáng)，改良土的含水率和濕密度均呈遞增趨勢，豎向土壓力增加，膨脹力影響效果進(jìn)一步加劇。

3.2.2 側(cè)向土壓力監(jiān)測結(jié)果分析

建立側(cè)向土壓力、深度時(shí)程曲線，見圖6。

同一深度處，側(cè)向土壓力隨蒸發(fā)時(shí)間增大而降低，隨降雨時(shí)間增大而增大，各階段的變化速率均先快后慢。隨干濕循環(huán)次數(shù)增加，側(cè)向土壓力總體增加，但增幅卻不斷減小，變化趨于穩(wěn)定，這表明干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)改良土影響具有局限性。而隨深度增加，側(cè)向土壓力的變化速率不斷降低。這表明改良土路堤側(cè)向土壓力受氣候影響減弱，反映出大氣對(duì)改良土具有一定的深度影響范圍。

圖6 側(cè)向土壓力、深度時(shí)程變化關(guān)系曲線Fig.6 Schedule curve of the lateral earth pressure and depth

3.3 吸力監(jiān)測結(jié)果分析

建立吸力、深度時(shí)程變化曲線，見圖7。

同一深度處，改良土吸力隨蒸發(fā)時(shí)間增大而增大，隨降雨時(shí)間增大而減??；隨干濕循環(huán)次數(shù)增加，吸力變幅均遞減。這表明反復(fù)的干濕循環(huán)作用使膨脹土的強(qiáng)度發(fā)生衰減。不同深度處，吸力起始值相差不大，反映出膨脹土路堤內(nèi)含水均勻；每次干濕循環(huán)過程中，5 cm處吸力變幅、變化速率均較10，20 cm處大，這說明吸力受大氣影響隨深度減弱。三次干濕循環(huán)后，吸力變化速率發(fā)生驟減，反映出改良土的特性變化主要集中在前兩次干濕循環(huán)。試驗(yàn)中，5 cm處吸力值有所增加，而埋深10，20 cm處吸力值卻不斷降低，這主要是5 cm處埋深淺，水分易于蒸發(fā)，含水率降低導(dǎo)致吸力增大；而由于降雨入滲的滯后性，深部路堤吸力降低。試驗(yàn)后，三個(gè)深度處吸力值相差較大，20 cm處吸力值最大，說明大氣影響隨深度增加而減弱，即反復(fù)的干濕循環(huán)作用具有一定深度影響范圍，試驗(yàn)測得其影響深度為8.0 m。

圖7 吸力、深度時(shí)程變化關(guān)系曲線Fig.7 Schedule curve of the suction and depth

3.4 含水率監(jiān)測結(jié)果分析

建立含水率、深度時(shí)程曲線，見圖8。

同一深度處，含水率總在蒸發(fā)階段減小，降雨階段增加；隨干濕循環(huán)次數(shù)增加，含水率變幅和平均變化速率均減?。蝗胃蓾裱h(huán)后，含水率整體上升，說明路堤一定深度處，入滲的雨水并未完全蒸發(fā)。而隨深度增加，含水率受大氣影響減弱，變化速率降低；降雨階段，埋深5 cm處含水率不斷增加，10 cm處含水率卻持續(xù)減??；蒸發(fā)階段，5 cm處含水率會(huì)迅速降低，10 cm處含水率卻先增大后降低。這是因?yàn)? cm處水分會(huì)繼續(xù)下滲、蒸發(fā)，深部土體含水率降低；由于降雨入滲的滯后性，埋深10 cm處含水率會(huì)持續(xù)增大。

圖8 含水率、深度時(shí)程變化關(guān)系曲線Fig.8 Schedule curve of moisture content and depth

3.5 溫度監(jiān)測結(jié)果分析

建立溫度、深度時(shí)程曲線，見圖9。

同一深度處溫度均在加熱階段升高，自然蒸發(fā)階段降低。加熱對(duì)溫度影響較大，在此階段溫度高達(dá)54 ℃；降雨對(duì)溫度影響較小，在此階段溫度變幅僅1～2 ℃。加熱蒸發(fā)過程中，溫度均隨深度增加而減小，其峰值都出現(xiàn)在5 cm處；自然蒸發(fā)階段，由于淺部土體與大氣間熱量交換劇烈，外界對(duì)其影響較大，溫度下降迅速。而由于深部體導(dǎo)熱率較小，溫度傳遞速率趨緩，10，20 cm處溫度均先增加后降低，且20 cm處溫度上升時(shí)間較10 cm處長，表現(xiàn)出顯著的降溫滯后現(xiàn)象。

3.6 土壓力與含水率關(guān)系分析

建立土壓力、含水率曲線，見圖10。

圖9 溫度、深度時(shí)程變化關(guān)系曲線Fig.9 Schedule curve of temperature and depth

圖10 5 cm、10 cm處土壓力隨含水率變化關(guān)系曲線Fig.10 Relationship of the earth pressure with moisture content in the places of 5 and 10 cm

同一深度處，土壓力均隨含水率降低而減小，隨含水率升高而增大；其變化速率均先快后慢。隨干濕循環(huán)次數(shù)增加，其變幅和變化速率均遞減，這表明反復(fù)的干濕循環(huán)作用使改良土強(qiáng)度降低。不同深度處曲線的脫濕和吸濕過程不重合，存在較大差異，這是因?yàn)榻涤暌鸷试黾?，滋生膨脹力，促使土壓力增加。這表明改良土路堤中土壓力并非僅由傳統(tǒng)土壓力構(gòu)成，而是傳統(tǒng)土壓力與膨脹力的綜合作用。

3.7 吸力與含水率的關(guān)系

建立吸力、含水率曲線，如圖11。

蒸發(fā)階段，同一深度處吸力隨含水率增加而降低，變化速率均先慢后快；降雨階段，吸力隨含水率升高而減小，變化速率亦是先慢后快；曲線存在明顯滯洄圈，且隨干濕循環(huán)次數(shù)增加，滯洄圈不斷減小。這是因?yàn)楦蓾裱h(huán)作用使膨脹土顆粒結(jié)構(gòu)排列趨于穩(wěn)定，表明膨脹土吸力隨含水率變化的不穩(wěn)定性，它與土體含水率的變化路徑密切相關(guān)。不同深度處吸力隨含水率的變化曲線均存在一界限含水率，如第二次干濕循環(huán)中，埋深5 cm處土體界限含水率為38%，10 cm處為34.1%。一次完整的干濕循環(huán)中，脫濕和吸濕過程存在明顯差異，主要表現(xiàn)為兩曲線不重合，存在較大滯回圈，具有顯著的水力滯后性。這是由于當(dāng)吸濕和脫濕過程在土體中交替出現(xiàn)時(shí)，改良土吸力與含水率變化關(guān)系曲線從該點(diǎn)發(fā)生明顯突變，以該點(diǎn)重新形成新曲線，依次形成典型滯回圈。

圖11 5 cm(a)、10 cm(b)處吸力隨含水率變化關(guān)系曲線Fig.11 Curve of suction with moisture content in the places of 5 cm (a) and 10 cm (b)

4 結(jié)論

(1)基于自行推導(dǎo)的蒸發(fā)相似關(guān)系，由率定試驗(yàn)得加熱裝置的加熱強(qiáng)度為0.13 mm/min。作為“小結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”，盡管存在微小誤差，但對(duì)于研究改良土路堤在干濕循環(huán)條件下工程特性的演變規(guī)律影響甚小，結(jié)果表明用此加熱強(qiáng)度來控制離心試驗(yàn)中蒸發(fā)時(shí)間和蒸發(fā)強(qiáng)度效果良好。

(2)路堤邊坡變形極易受土體含水率變化的影響；在膨脹土中摻入適量石灰進(jìn)行土性改良，有助于減小坡體脹縮變形，提高其穩(wěn)定性。

(3)在干濕循環(huán)過程中，試驗(yàn)監(jiān)測的土壓力是傳統(tǒng)土壓力與膨脹力的綜合作用，大氣對(duì)石灰改良土影響隨深度增加而減弱，具有一定深度范圍，試驗(yàn)測的為8.0 m；由于降雨入滲的滯后性，土壓力與含水率關(guān)系曲線不重合，反映出膨脹力作用的重要性；改良土路堤的土水特征曲線不重合，存在較大滯洄圈，表明吸力與土體含水率變化路徑密切相關(guān)，反映出二者間變化的不穩(wěn)定性。

(4)加熱蒸發(fā)對(duì)溫度影響較大，在此階段土體最高溫度達(dá)54 ℃；降雨對(duì)溫度影響較小，在此階段溫度變幅僅1～2 ℃。在干濕循環(huán)條件下，溫度傳導(dǎo)具有時(shí)效性，淺部路堤溫度響應(yīng)敏感，上升迅速，而深部路堤溫度響應(yīng)具有滯后性。

試驗(yàn)主要以南寧弱膨脹土作為研究對(duì)象，成果顯著，但其結(jié)果對(duì)其他地區(qū)的膨脹土是否適用尚需進(jìn)一步的研究。

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責(zé)任編輯：汪美華

A centrifugal model test study of lime- improved expansive soil under drying and wetting circles

LI Zhaohui1，CHENG Qiangong2,3，WANG Yantao3，WANG Xiaofang4，LAN Kangwen3，GUO Qiang5

(1.ChinaRailwayEryuanEngineeringGroup,CoLtd，Chengdu，Sichuan610031，China；2.State-ProvinceJointEngineeringLaboratoryofSpatialInformationTechnologyforHigh-SpeedRailwaySafety，Chengdu，Sichuan610031，China；3.FacultyofGeosciencesandEnvironmentalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu，Sichuan610031，China；4.SchoolofCivilEngineering，SichuanUniversityofScienceandEngineering，Zigong，Sichuan643000，China；5.SchoolofCivilEngineering，HebeiUniversityofArchitecture，Zhangjiakou，Hebei075000，China)

In order to study the engineering properties of the expansive soil improved with lime of the Nanning high- speed railway embankment under drying and wetting circles, three times of centrifuge model tests under drying and wetting circles were carried out on the embankment model based on the similarity principle, and the effects of time, depth as well as drying and wetting circles on the variations of earth pressure, suction, moisture content and temperature were explored. The research results show that the established similarity relationship of evaporation is well feasible to the evaporation time and the intensity control during the centrifugal model test. The deformation of the embankment slope is closely related to the moisture content. A few cracks occurred in the process of evaporation with the maximal width of less than 2 mm, and the cracks disappeared during the rainfall process. After three times of drying and wetting circles, the entire deformation was not obvious. The earth pressure, suction, moisture content and temperature show obvious changes with time and depth. The influence of the atmosphere decreases with the increasing depth, and the effect depth is 8.0 m. The results of this study can provide some suggestions for high railway embankment construction with lime- improved expansive soil. It is of certain engineering application value.

drying and wetting circles; evaporation similarity relation; centrifugal test; improved expansive soil

10.16030/j.cnki.issn.1000- 3665.2017.04.17

2016- 11- 07;

2017- 01- 05

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41530639，41372292)

李朝輝(1980- )，男，碩士，工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治與工程方面研究。E- mail：zhori@qq.com

程謙恭(1962- )，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事地質(zhì)工程與巖土工程方面的研究。 E- mail：chengqiangong@home.swjtu.edu.cn

TU443

A

1000- 3665(2017)04- 0111- 07