白蘭蘭，馬文寧

（1.蘇交科集團股份有限公司，南京 215000；2.泰州市城市基礎設施建設發(fā)展有限公司，江蘇泰州 225000）

1 研究背景

粉土的主要顆粒是粉?；蚍凵埃ち：可?，顆粒黏結(jié)性差。這種土液限低，塑性指數(shù)?。↖P＜10），粉粒含量較高（一般＞50%），黏粒含量低（一般＜15%）。該類土含水率稍大則進入流塑狀態(tài)，易產(chǎn)生橡皮土現(xiàn)象，壓實困難，CBR值極低（一般≤5）。

多年來中外相關學者對粉土基本性質(zhì)進行了大量研究。劉連喜［1］通過研究武漢地區(qū)粉土的工程特性，用統(tǒng)計的方法分析了武漢地區(qū)粉土的物理力學性質(zhì)指標，求得粉土承載力基本值f與室內(nèi)物性指標e，w之間的相關關系，給出相應的承載力表，以及粉土的物理、力學指標統(tǒng)計值。于永志等［2］通過對膠東濱海含沙粉土的研究，認為粉土根據(jù)粒度構(gòu)成可劃分為砂質(zhì)粉土和粉土質(zhì)土，其中，前者砂粒組含量較高，后者粉粒組為主要含量。馬為民［3］通過進行室內(nèi)和現(xiàn)場試驗，研究了沙漠地區(qū)粉土的工程特性。研究結(jié)果表明沙漠地區(qū)的粉土具有濕陷變形特性。這些研究表明，不同地域的粉土會有不同的塑性和顆粒級配，且其物理力學性質(zhì)差異較為顯著。同時，相關學者還對粉土的壓實特性進行了研究，武科等［4］針對我國公路路基填土壓實特性，采用室內(nèi)擊實試驗，確定了不同擊實功下壓實度與孔隙比、空氣體積分數(shù)、飽和度之間的關系。肖軍華等［3］通過室內(nèi)試驗，分析了粉土作為路基填料的基本物理力學性質(zhì)，對比研究了不同密實度、含水率下粉土的強度與變形性狀。研究表明［5－8］，粉土的顆粒級配不良，難于壓實，壓實后空氣體積率較大。

以往的研究中，主要集中對特定地區(qū)粉土的相關性質(zhì)進行研究。然而，砂粒作為粉土的重要組成成分，其含量對粉土的性質(zhì)有很大的影響，因此，比較研究不同含砂率粉土的性質(zhì)顯得尤為重要。

2 研究方案及方法

2.1 研究方案

人工配制不同級配砂質(zhì)粉土（含砂率為10%，20%，30%，40%，50%），在室內(nèi)通過標準重型擊實試驗研究含砂率對粉土擊實性能的影響，同時通過擊實后試樣的微觀結(jié)構(gòu)分析研究砂質(zhì)粉土的壓實機理。并在不同含水率條件下研究不同含砂率粉土的壓縮特性，分別在最優(yōu)含水率條件下采用靜壓法制備CBR試樣和無側(cè)限抗壓強度試樣，比較含砂率對CBR和無側(cè)限抗壓強度的影響。

2.2 研究方法

（1）通過顆粒分析試驗得到2種粉土的粗顆粒含量（含砂率分別＜10%，＞50%），通過計算配制出含砂率為10%，20%，30%，40%，50%的粉土。

（2）通過標準重型擊實試驗得到5種粉土的最大干密度和最優(yōu)含水率。將擊實后試樣放在電鏡掃描儀上進行掃描。

（3）分別在最優(yōu)含水率不同壓實度（93%，94%，96%）條件下采用靜壓法制備CBR試樣（直徑為156 mm，高為120 mm）、無側(cè)限抗壓強度試樣（直徑為50 mm，高為50 mm）和96%壓實度下的環(huán)刀試樣（直徑為61.8 mm，高為20 mm）。將CBR試樣浸水4 d后進行CBR試驗，將無側(cè)限抗壓強度試樣直接放在萬能試驗機上進行無側(cè)限抗壓強度試驗，將環(huán)刀試樣置于固結(jié)儀上進行3種含水率（最優(yōu)含水率、飽和含水率、最優(yōu)含水率到飽和含水率之間）下的壓縮試驗。在進行最優(yōu)含水率和最優(yōu)含水率到飽和含水率之間的壓縮試驗時用濕布放在試驗盒上部減少試樣水分散失。

3 試驗成果

3.1 不同含砂率粉土壓實特性

對5種含砂率粉土分別通過室內(nèi)重型擊實試驗研究了壓實性，試驗結(jié)果見表1和圖1。

表1 不同含砂率擊實試驗結(jié)果Table1 Results of compaction test on silt with different sand content

圖1 不同含砂率粉土擊實曲線Fig.1 Compaction curves of silt with different sand content

從表1和圖1可以看到，隨著含砂率的增大，粉土的最大干密度先增大后隨之逐漸減小。這是因為，隨著含砂率的增加粉土中粗顆粒含量增多，從而改變粉土級配使細顆粒能夠更多進入粗顆粒形成的孔隙中，使壓實度不斷增大。增大到一定程度后隨著含砂率的繼續(xù)增加孔隙變多，細顆粒不足以填充增加的孔隙，最大干密度反而減小。于是出現(xiàn)最大干密度隨含砂率增加先增大后減小的規(guī)律。圖1中擊實曲線峰值右側(cè)坡度比峰值左側(cè)坡度大，隨著含水率的增大最大干密度降低較快，且隨著含砂率的增加這種趨勢越明顯，這說明粉土的含砂率越高，壓實時對含水率的敏感性越大。

分別對不同含砂率下不同含水率的擊實樣進行電鏡掃描，對掃描圖片進行二值化處理后得到孔隙面積占比如表2所示（試樣1—試樣5分別表示含水率由低到高的重型擊實試樣）。

表2 不同含砂率粉土擊實試樣的孔隙面積占比Table2 Percentage of pore areas of compacted samples with different sand content

分析不同含水率下?lián)魧嵲嚇拥目紫睹娣e可以發(fā)現(xiàn)，隨著含水率的增加，孔隙面積都是先減小后增大，這是因為，隨著含水率的增加，越接近最優(yōu)含水率粉土越易壓實，孔隙面積變小，隨著含水率的繼續(xù)增加，粉土越來越難于壓實，導致孔隙面積逐漸變大。通過試樣的截面和截面照片也可以發(fā)現(xiàn)，隨著含水率增加，照片反光越來越明顯。同時，隨著含砂率的增大，相近含水率時壓實試樣的孔隙面積隨含砂率的增加先減小后增加，這是因為含砂率的增加改變了粉土的顆粒組成，導致粉土壓實性發(fā)生變化，這一現(xiàn)象剛好與重型擊實試驗得到的最大干密度隨含砂率增加先增大后減小的結(jié)果一致。

3.2 不同含砂率粉土的壓縮試驗

在96%壓實度條件下對5種含砂率粉土進行不同含水率條件下的壓縮試驗，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 不同含砂率粉土壓縮試驗結(jié)果Table3 Results of compression test on silt with different sand content

從表3中數(shù)據(jù)可以看出，不同含砂率粉土的壓縮系數(shù)隨含砂率的變化不大，在誤差允許的情況下可以認為含砂率對粉土的壓縮系數(shù)影響不大。

3.3 不同含砂率粉土的CBR試驗

分別對5種含砂率粉土在室內(nèi)進行了壓實度為93%，94%，96%的CBR試驗，CBR試驗制樣采用靜壓法，制樣時土料的含水率為最優(yōu)含水率。試驗結(jié)果見圖2。

圖2 在不同壓實度下CBR隨含砂率變化的曲線Fig.2 Curves of CBR vs.sand ratio under different compaction degrees

從圖2可以看出，隨著含砂率的增加，CBR值逐漸增大，當含砂率相同時CBR值隨著壓實度的增加而增大。這是因為，含砂率的不同直接影響粉土的級配，而且，隨著含砂率的增加，粗顆粒含量增加，當粗顆粒較少時，粗顆粒之間基本不會相互接觸，當粗顆粒增加到一定程度時，粗顆粒開始相互接觸，相互接觸的粗顆粒在給細顆粒提供孔隙的同時起著骨架的作用，因此，粗顆粒越多這種作用越明顯，粉土的強度越高，致使粉土的CBR值增大。

3.4 不同含砂率粉土無側(cè)限抗壓強度試驗

分別在93%，94%，96%壓實度下對5種含砂率粉土進行無側(cè)限抗壓強度試驗，試樣采用靜壓法制備，不泡水情況下直接進行無側(cè)限抗壓強度試驗（粉土水穩(wěn)定性差，泡水會立刻崩解），試驗結(jié)果見圖3。

圖3 無側(cè)限抗壓強度隨含砂率變化的曲線Fig.3 Curves of unconfined compressive strength vs.sand content

從無側(cè)限抗壓強度隨含砂率變化的曲線可以看出，相同壓實度條件下粉土的無側(cè)限抗壓強度隨著含砂率的增加不斷降低，而對相同含砂率的粉土而言，無側(cè)限抗壓強度均隨壓實度增加而變大。究其原因，隨著壓實度的增加，粉土越來越密實，在無側(cè)限條件下施加壓力時產(chǎn)生的抗滑作用越大導致無側(cè)限抗壓強度隨壓實度增加而增大。但是，隨著含砂率的增加，粗顆粒含量增多，在無側(cè)限情況下更難于成型，成型后無側(cè)限抗壓強度也很低，含砂率越大這種現(xiàn)象越明顯。因此出現(xiàn)無側(cè)限抗壓強度隨含砂率增加而逐漸變低的規(guī)律。

4 結(jié) 論

（1）相同含砂率的粉土擊實試樣的孔隙面積隨著含水率的增加先減小后增大，相同含水率附近試樣的孔隙面積隨含砂率增加先減小后變大，這剛好與粉土的最大干密度隨著含砂率的增大先變大后減小的結(jié)果一致。

（2）隨著含砂率的變大，粗顆粒含量增加，粗顆粒在給細顆粒提供孔隙的同時起著骨架的作用，使粉土的CBR值增大，即CBR值隨著含砂率的增加而增大。

（3）對相同含砂率的粉土而言，無側(cè)限抗壓強度隨著粉土壓實度增加而增大。但相同壓實度粉土的無側(cè)限抗壓強度隨著含砂率的增加越來越小。

［1］ 劉連喜.武漢地區(qū)粉土的工程特性的探討［J］.土工基礎，1996，（1）：17－20.

［2］ 于永志，姜振泉.膠東濱海特殊土的工程特性及液化評價［J］.勘察科學技術，1996，（4）：23－27.

［3］ 馬為民.騰格里沙漠粉土地基的工程特性［J］.中國農(nóng)村水利水電，2004，（11）：74－77.

［4］ 武 科，馬明月，馬國梁.不同級配路基填土壓實性能試驗［J］.江蘇大學學報（自然科學版），2011，32（1）：107－110.

［5］ 秦鵬飛，謝曉杰，馬玉林.不同應力路徑下飽和粉土強度與變形特性試驗研究［J］.長江科學院院報，2016，33（4）：78－80.

［6］ 張芳枝，黃麗娟.廣東粉土質(zhì)砂的力學特性試驗研究［J］.長江科學院院報，2012，29（7）：67－72.

［7］ 武 科，馬國梁，馬明月，等.公路路基粉土工程特性試驗研究［J］.中南大學學報（自然科學版），2009，40（6）：1724－1731.

［8］ 肖軍華，劉建坤.循環(huán)荷載下粉土路基土的變形性狀研究［J］.中國鐵道科學，2010，31（1）：1－8.