紅黏土在貴州六盤水地區(qū)分布極廣，被廣泛應用于生態(tài)保護與工程建設之中。為進一步探究紅黏土特殊性質并加以改良，從而更好地應用于工程建設中，本文研究了不同摻量木質纖維對六盤水地區(qū)紅黏土壓縮性和抗剪強度的影響。試驗結果顯示，摻入適宜比例的木質纖維可提高紅黏土的抗剪能力、壓縮系數(shù)及壓縮模量。本研究可為改良紅黏土性質提供理論依據(jù)。

1實驗設計

實驗材料選自六盤水地區(qū)的紅黏土，該地區(qū)紅黏土是在熱氣候條件下，經(jīng)過風化作用、成土作用形成的一種含有較多散裝粘粒并富含F(xiàn)e、Al氧化物膠結的紅色高塑性黏性土，風化程度相對較高，礦物質含量十分豐富。實驗采用的木質纖維是一種有機絮狀纖維物質，束狀，粉末80目，可用于鋪設瀝青道路、拌合混凝土砂漿以及制備石膏制品等。將木質纖維混合后可形成一個三維空間網(wǎng)狀組織結構，均勻度、穩(wěn)定性、分散性及柔韌性較好，是一種新型環(huán)保材料。實驗中紅黏土樣品基本物理性質參數(shù)見表1，木質纖維樣品相關物理性質參數(shù)見表2。

1.1實驗過程

將不同比例的木質纖維（3%、6%、9%、12%）摻入到制備土樣中，含水率為45%，每個比例都采取平行試樣以減少誤差，再嚴格按照標準分別進行直接剪切試驗及固結試驗。

直接剪切試驗：在不同比例纖維摻入的情況下，以4個試驗為一組，依次施加100、200、300、400 kpa的垂直壓力，然后對試樣施加水平剪應力進行剪切，當剪切量剪切變形≤0.005 mm/h時，判斷試樣是否固結穩(wěn)定，特別注意在施加外力時需輕拿輕放以避免擾動試件。穩(wěn)定之后，卸去施加的垂直壓力，將試樣取出，得出破壞時的相應剪應力，然后根據(jù)庫侖定律確定土體的抗剪強度參數(shù)，包括內(nèi)摩擦角值和凝聚力值。

固結試驗需在嚴格制備好試樣后測定土樣密度，并取用土樣測定不同含水率，玻璃片需將環(huán)刀兩端蓋上，以避免水分蒸發(fā)影響試驗數(shù)據(jù)。后將帶試件的切土環(huán)刀安裝在固結儀的固結容器內(nèi)固定，并準確放置在加載中心，保證容器部件之間接觸良好。依次按照50、100、200、300、400 kpa的順序進行加壓，結束后得出相關數(shù)據(jù)，進行計算分析。

2試驗結果和分析

2.1纖維對于紅黏土抗剪能力的影響

每個比例木質纖維摻入量與土體之間的抗剪強度影響對比，由直線傾角得出土的內(nèi)摩擦角φ以及直線在縱坐標上的截距得出土樣的黏聚力c，分別如下圖1～3，表3所示：

從圖1可得出，不同比例下的土樣隨著垂直壓力的增加，抗剪強度也在不斷增大，不同纖維摻入量的抗剪強度增長幅度較為一致。纖維摻入比為6%的垂直壓力增長幅度較其他摻入量更為明顯。隨著木質纖維摻入量的增加，內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，但是變化區(qū)間較小，整體變化幅度保持在6°之間。隨著纖維摻入量的增加，黏聚力也呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，且峰值都出現(xiàn)在摻入量為6%的纖維土樣上。這表明木質纖維含量對紅黏土物理性質的變化有一定程度的影響，當纖維摻量為6%時土體的抗剪強度最高，內(nèi)摩擦角及黏聚力最佳。

2.2纖維對于紅黏土壓縮系數(shù)和壓縮模量的影響

不同摻入量的木質纖維土體對抗壓強度的影響如下圖4～6，表4所示：

隨著木質纖維摻入量的增加，紅黏土抗壓強度也在不斷增加。在圖4中，各摻量的曲線斜率差距較小，各摻入量在同級受壓時的孔隙比值差距平均。當摻入量為3%和6%時，其抗壓強度在受壓為0～200 kpa時的趨勢線接近重合，說明此時的抗壓強度接近一致。

圖5顯示，隨著木質纖維摻入量的增加，土樣的壓縮模量呈現(xiàn)先增大后減小再增大的趨勢，在纖維摻入量為12%時，壓縮模量達到最大。在摻入量為0%～3%時，壓縮模量有明顯上升，在摻入量為3%之后，變化較為平緩，最大差值為0.35。

圖6顯示，隨著木質纖維摻量的增加，紅黏土的壓縮系數(shù)呈現(xiàn)先減小后增大再減小的趨勢。不滲入木質纖維時，土樣的壓縮系數(shù)最多。摻入量為3%～12%，壓縮系數(shù)變化較小，接近平緩。在摻入量為3%時，壓縮系數(shù)的下降趨勢比較明顯。同時在纖維摻入量為3%之后壓縮系數(shù)的變化接近平緩。

根據(jù)表4及其標準規(guī)范，當時，屬于低壓縮性土；當時，屬于中壓縮性土；當大于等于0.5，或小于4 Mpa時，屬于高壓縮性土。由此得出原土為高壓縮性土，摻入量為3%、6%、9%、12%的土體均為中壓縮性土。木質纖維的摻入有助于降低紅黏土壓縮性，并增強土體的抗壓強度。

3討論與結論

在不同加壓等級下，木質纖維有效增強了土體的抗剪強度，且呈規(guī)律性變化。纖維摻量基本不影響紅黏土的黏聚力和內(nèi)摩擦角。內(nèi)摩擦角隨著摻量的增加呈現(xiàn)先增加再減小的趨勢，當摻入量為6%時，黏聚力與內(nèi)摩擦角達到峰值。內(nèi)摩擦角基本保持不變，變化僅維持在5°之間。抗剪強度在木質纖維摻入量為6%時達到最高值。當纖維摻入量為0%～3%時，紅黏土的抗壓強度及土體的壓縮模量明顯提高，土體的壓縮系數(shù)明顯降低。

基金項目：六盤水地區(qū)紅黏土物理力學性質分析（No.20195201529）；六盤水師范學院科技創(chuàng)新團隊項目（No.LPSSYKJTD201902）。

[貴州六盤水師范學院礦業(yè)與土木工程學院李常娜，粟梅（通訊作者），翟雨雨，錢德銀，黃學銳，黃木金]