崔 凱，汪小海，諶文武，馮 飛，程富強(qiáng)

(1.蘭州理工大學(xué)西部土木工程防災(zāi)減災(zāi)教育部工程研究中心，甘肅蘭州730050；2.蘭州大學(xué)西部災(zāi)害與環(huán)境力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730000)

裂隙作為對(duì)土遺址整體穩(wěn)定性影響最顯著的病害之一，是導(dǎo)致土遺址坍塌的主要原因[1-3]。目前，對(duì)土遺址裂隙主要的加固手段是裂隙注漿[4-5]。然而，由于注漿漿液膨脹性、黏結(jié)性不足和注漿工藝的局限性，導(dǎo)致漿-土界面出現(xiàn)干縮分異的現(xiàn)象。崔凱等[6]前期通過(guò)在室內(nèi)對(duì)以生石灰為摻料的注漿漿液結(jié)石體的力學(xué)兼容性開展試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)生石灰、粉煤灰和遺址土質(zhì)量比為3∶2∶5的注漿漿液與遺址土兼容性良好；而后基于此種漿液進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裂隙注漿試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)注漿工藝和優(yōu)化后的注漿工藝（設(shè)置微型石灰樁）均消除了漿-土界面干縮分異的現(xiàn)象，且石灰樁和漿液協(xié)同加固效果優(yōu)于單獨(dú)漿液的效果[7]。但樁-漿協(xié)同加固裂隙最優(yōu)寬徑比和作用機(jī)制尚不明確，成為該類型漿液和石灰樁工藝在土遺址裂隙注漿領(lǐng)域應(yīng)用的亟待解決的問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在石灰樁加固地基土體方面開展了大量研究工作。Wang等[8]利用圓孔膨脹理論推導(dǎo)了石灰樁的彈塑性解，確定了石灰樁作用的有效半徑和樁間應(yīng)力變化規(guī)律；米海珍等[9-10]通過(guò)試驗(yàn)得到了石灰樁體積膨脹力與約束力的關(guān)系，并推導(dǎo)出了生石灰樁體積膨脹與土體圍壓耦合的理論公式。以上研究為石灰樁擠密土體提供了理論指導(dǎo)。Pei等[11]對(duì)距石灰樁和粉煤灰樁不同距離土體的理化指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)兩種樁周圍土顆粒均因發(fā)生水化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)而出現(xiàn)不同程度的凝聚。Abiodun等[12]通過(guò)對(duì)不同養(yǎng)護(hù)齡期下、距石灰樁不同距離的黏土的基本物理試驗(yàn)和導(dǎo)電性測(cè)試，發(fā)現(xiàn)由于離子遷移導(dǎo)致土體的導(dǎo)電性變化與抗剪強(qiáng)度變化間有內(nèi)在的預(yù)測(cè)關(guān)系。Ashok等[13]通過(guò)測(cè)量不同養(yǎng)護(hù)齡期下石灰樁加固膨脹性黏土的物理性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其物理性質(zhì)的顯著變化是由于Ca2+的遷移導(dǎo)致內(nèi)部土體顆粒發(fā)生絮凝和火山灰反應(yīng)。Barker等[14]通過(guò)對(duì)距石灰樁不同距離處土的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究來(lái)概述離子遷移的機(jī)理，說(shuō)明石灰樁不僅對(duì)周圍土體有物理擠密作用，還有內(nèi)部的離子遷移作用。綜上所述，眾多學(xué)者對(duì)馬蘭黃土、普通黏土和膨脹性黏土等在石灰樁下的加固機(jī)理有較為深入的研究，這些理論和試驗(yàn)?zāi)転槭覙都庸掏吝z址裂隙的效果和機(jī)制的研究提供有益指導(dǎo)。然而，樁和漿協(xié)同加固土遺址裂隙過(guò)程中的約束條件、漿液浸潤(rùn)和樁漿傳遞機(jī)制等問(wèn)題與石灰樁加固地基存在顯著差別的，而且針對(duì)遺址土在樁和漿協(xié)同加固方面的相關(guān)研究比較少見。

因此，作者依據(jù)土遺址裂隙加固實(shí)際工況，基于前人研究，開展不同裂隙寬度與石灰樁直徑的比值（寬徑比）的裂隙注漿加固試驗(yàn)。首先，對(duì)完成注漿養(yǎng)護(hù)后不同寬徑比裂隙兩側(cè)等間距土體進(jìn)行表面貫入阻力、密度、液塑限、顆粒分析試驗(yàn)；然后，以掃描電鏡（SEM）圖像、比表面積、陽(yáng)離子交換量及孔隙率的變化為基礎(chǔ)建立強(qiáng)化變量，對(duì)樁-漿協(xié)同加固土遺址裂隙的效果和機(jī)制進(jìn)行定性和定量聯(lián)合分析，為以克服干縮分異為目標(biāo)的注漿漿液和工藝在土遺址裂隙加固中的推廣與應(yīng)用提供一定理論支撐和參考。

1 室內(nèi)裂隙注漿試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探究樁-漿協(xié)同加固裂隙的效果與機(jī)制，設(shè)置5種不同寬徑比的室內(nèi)裂隙模型注漿試驗(yàn)。其中，預(yù)設(shè)單獨(dú)注漿工藝加固裂隙模型為空白組，預(yù)設(shè)注漿+微型石灰樁工藝加固裂隙模型為對(duì)照組。對(duì)照組依據(jù)前期現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)所用石灰樁的直徑[7]，并綜合Wang[8]、朱彥鵬[15]等對(duì)石灰樁擠密土體有效作用范圍的研究，設(shè)置4種不同寬徑比（1.5、2.0、2.5、3.0）。將5種裂隙加固工況依次命名為WZ、YZ1.5、YZ2.0、YZ2.5、YZ3.0，其中：WZ代表注漿時(shí)無(wú)石灰樁；YZ代表優(yōu)化后布置微型石灰樁的注漿工藝，數(shù)字表示不同裂隙的寬徑比大小，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表1。

表1 室內(nèi)裂隙注漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Experimental design of indoor fissure grouting

1.2 試驗(yàn)方法與材料

1）依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行裂隙模型的制作。首先，將取得的坍塌遺址土破碎后過(guò)2 mm的篩，通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，確定其最優(yōu)含水率（17.5%）。然后，將過(guò)篩的土顆粒分批在105℃下烘24 h，加蒸餾水?dāng)嚢枋蛊浜窟_(dá)到最優(yōu)含水率，并用塑料膜密封，燜置24 h。隨后，在5個(gè)尺寸均為60 cm×60 cm×20 cm的長(zhǎng)方體鐵箱中進(jìn)行濕法夯制；為使試驗(yàn)箱中夯土體密度均勻一致，每個(gè)試驗(yàn)箱土樣夯制時(shí)，都將土顆粒分10層裝入，以相同擊實(shí)功進(jìn)行夯實(shí)；每層夯完后，先將層間土體刮毛，再夯下一層。待重塑遺址土樣夯好后，在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)到與現(xiàn)場(chǎng)遺址土相同的含水率（2%左右），并依次在夯實(shí)土體中心沿垂直夯層方向開鑿出裂隙（圖1（a）），用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行樁孔和槽內(nèi)浮灰的清理，至此裂隙模型制作完畢。

圖1 兩種工藝裂隙注漿示意圖Fig.1 Schematic diagrams of two fissure grouting processes

2）注漿加固。注漿漿液主要以1.5%的SH溶液為黏結(jié)劑，生石灰、粉煤灰（F）和遺址土（C）的混合物為主材，CaO、F、C質(zhì)量配合比為3∶2∶5，水灰比選用0.52。石灰漿是由濃度為1.5%的SH溶液為黏結(jié)劑，生石灰（CaO）、遺址土（C）和聚丙烯纖維組成的混合漿液，其中：CaO與C的質(zhì)量比為8∶2，聚丙烯纖維的質(zhì)量為生石灰與遺址土質(zhì)量和的0.5%，水灰比為0.75。注漿前，先對(duì)裂隙兩側(cè)土體用1.5%的SH溶液潤(rùn)濕；當(dāng)漿液攪拌均勻后，進(jìn)行裂隙的充填（圖1（b）），邊注漿邊振搗密實(shí)。需要添加石灰樁（直徑4.5 cm、高度10 cm）的，注漿前將PVC管插入預(yù)留的孔洞中，待注漿漿液初凝時(shí)，邊緩慢向上旋拔PVC管，邊將配置好的石灰樁漿液灌注到PVC管中，分層注漿和振搗，直至石灰樁注漿完成（圖1（c）），然后，在室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)至漿液最佳齡期63 d。

3）裂隙模型養(yǎng)護(hù)完成后，進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)步驟。首先，在5組裂隙加固模型距裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處分別進(jìn)行表面貫入阻力測(cè)試；然后，取樣（圖2）進(jìn)行密度、液縮限和顆粒組成、掃描電鏡圖像、比表面積和離子交換能力測(cè)試。以上同等距離均有兩個(gè)平行樣，測(cè)試結(jié)果取平均值。

圖2 兩種工藝注漿養(yǎng)護(hù)63 d后取樣Fig.2 Sampling after curing of two fissure grouting processes for 63 days

2 樁-漿協(xié)同作用效果

2.1 貫入阻力變化

對(duì)養(yǎng)護(hù)63 d后的5種室內(nèi)模型裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處的土體進(jìn)行表面貫入阻力測(cè)試，采用WG-V型地基承載力貫入儀，得出裂隙兩側(cè)等距土體加固前后的貫入阻力變化，如圖3所示。

圖3 不同加固工況下裂隙兩側(cè)土體貫入阻力隨距離的變化曲線Fig.3 Penetration resistance curves of the soil on both sides of fissure with distance under different reinforcement conditions

由圖3可知：1）相較于未加固土體，5種加固工況下裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處土體貫入阻力均出現(xiàn)不同程度的提升，具體表現(xiàn)為距離裂隙越近貫入阻力提升程度越高；2）相較于無(wú)樁組，有樁組中除寬徑比為3.0外，裂隙兩側(cè)等距土體的貫入阻力均大于無(wú)樁組；3）對(duì)于有樁組，隨著寬徑比增大，裂隙兩側(cè)等距土體的貫入阻力均先增大后減小，在寬徑比為2.0時(shí)達(dá)到極大值，貫入阻力大小關(guān)系為YZ2.0＞YZ2.5＞YZ1.5＞YZ3.0。

2.2 密度變化

對(duì)養(yǎng)護(hù)63 d后的5種室內(nèi)模型裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處的土體采用蠟封法進(jìn)行密度測(cè)試，得出兩側(cè)等距土體的密度變化曲線，如圖4所示。

圖4 不同加固工況下裂隙兩側(cè)土體密度隨距離的變化曲線Fig.4 Density curves of the soil on both sides of fissure with distance under different reinforcement processes

由圖4可知：1）相較于未加固土體，5種加固工況下裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處土體的密度均出現(xiàn)不同程度的提高，具體表現(xiàn)為距離裂隙越近密度提升程度越大；2）相較于無(wú)樁組，有樁組中除寬徑比為3.0外，裂隙兩側(cè)等距土體的密度均大于無(wú)樁組；3）對(duì)于有樁組，隨著寬徑比的增大，裂隙兩側(cè)等距土體的密度均先增大后減小，在寬徑比為2.0時(shí)達(dá)到極大值，大小關(guān)系為YZ2.0＞YZ2.5＞YZ1.5＞YZ3.0。

2.3 液塑限變化

對(duì)養(yǎng)護(hù)63 d后的5種室內(nèi)模型裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處的土體采用SYS數(shù)顯液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行液塑限測(cè)試，得出兩側(cè)等距土體的液塑限變化曲線，如圖5所示。由圖5可知：1）相較于未加固土體，5種加固工況下裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處土體液限均出現(xiàn)不同程度的降低，塑限出現(xiàn)不同程度的提高；具體表現(xiàn)為距離裂隙越近液限降低程度越大，而塑限提升程度越高。2）相較于無(wú)樁組，有樁組中除寬徑比為3.0外，裂隙兩側(cè)等距土體的液限均小于無(wú)樁組，塑限普遍大于無(wú)樁組。3）對(duì)于有樁組，隨寬徑比的增大，裂隙兩側(cè)等距土體的液限均先減小后增大，塑限先增大后減小，寬徑比為2.0時(shí)達(dá)到極值，液限大小關(guān)系為YZ2.0＜YZ2.5＜YZ1.5＜YZ3.0，塑限大小關(guān)系為YZ2.0＞YZ2.5＞YZ1.5＞YZ3.0。

圖5 不同加固工況下裂隙兩側(cè)土體液塑限測(cè)試曲線Fig.5 Liquid and plastic limits curvesof the soil on both sidesof fissure with distance under different reinforcement conditions

2.4 顆粒組成變化

對(duì)養(yǎng)護(hù)63 d后5種室內(nèi)模型裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處的土體采用篩分法和密度計(jì)法進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，得到土體顆粒組成，如表2所示。

表2 顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of particle analysis

由表2可知，取樣點(diǎn)的土體中砂礫含量無(wú)明顯差別，粗粉粒、細(xì)粉粒、黏粒和膠粒含量存在微小的差異。雖然這種差異不明顯，但將黏粒和膠粒含量相加，就會(huì)發(fā)現(xiàn)黏粒與膠粒的和（黏粒組顆粒含量）存在如下的規(guī)律：1）相較于未加固土體，5種加固工況下裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處土體黏粒組顆粒含量均出現(xiàn)不同程度的降低，具體表現(xiàn)為距離裂隙越近降低程度越大；2）相較于無(wú)樁組，有樁組中除寬徑比為3.0外，裂隙兩側(cè)等距土體的黏粒組顆粒含量均小于無(wú)樁組；3）對(duì)于有樁組，隨著寬徑比的增大，裂隙兩側(cè)等距土體的黏粒組顆粒含量均先減小后增大，在寬徑比為2.0時(shí)達(dá)到極小值，其大小關(guān)系為YZ2.0＜YZ2.5＜YZ1.5＜YZ3.0。

2.5 孔隙率變化

利用裂隙兩側(cè)不同距離處土體實(shí)測(cè)的天然密度ρ、土的含水率w和土粒相對(duì)密度ρs，按式（1）計(jì)算得到土體加固后的孔隙率值，如圖6所示。

圖6 不同加固工況下裂隙兩側(cè)土體孔隙率變化曲線Fig.6 Porosity curves of the soil on both sides of fissure with distance under different reinforcement conditions

由圖6可知：1）相較于未加固土體，5種加固工況下裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處的土體孔隙率均出現(xiàn)不同程度的減低，具體表現(xiàn)為距離裂隙越近孔隙率越小；2）相較于無(wú)樁組，有樁組中除寬徑比為3.0外，裂隙兩側(cè)等距土體的孔隙率均小于無(wú)樁組；3）對(duì)于有樁組，隨著寬徑比的增大，裂隙兩側(cè)等距土體的孔隙率均先減小后增大，在寬徑比為2.0時(shí)達(dá)到極小值，大小關(guān)系為YZ2.0＜YZ2.5＜YZ1.5＜YZ3.0。

2.6 協(xié)同效果

根據(jù)上述5種室內(nèi)模型裂隙兩側(cè)土體貫入阻力、密度、液塑限、黏粒組顆粒含量和孔隙率隨距裂隙距離增加而表現(xiàn)出的變化規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)2種加固工藝均會(huì)使裂隙兩側(cè)土體的宏觀性質(zhì)指標(biāo)產(chǎn)生規(guī)律性的變化。主要表現(xiàn)在：1）相較與未加固土體，兩種加固工藝均會(huì)使裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處土體的貫入阻力、密度、塑限增大，液限、黏粒組顆粒含量和孔隙率減小；2）對(duì)于有樁組，從貫入阻力、密度、液塑限和黏粒組顆粒含量的變化幅度來(lái)看，在寬徑比為2.0時(shí)，裂隙兩側(cè)等距土體達(dá)到的強(qiáng)化效果最佳；3）有樁組中寬徑比為3.0時(shí)，裂隙兩側(cè)等距土體的表面貫入阻力、密度和塑限均小于無(wú)樁組，液限、黏粒組顆粒含量和孔隙率均大于無(wú)樁組。以上結(jié)果充分說(shuō)明在寬徑比2.0時(shí)，協(xié)同作用的效果最為顯著；當(dāng)寬徑比3.0時(shí)，協(xié)同作用的效果尚不及單獨(dú)注漿的效果。相關(guān)研究[13,16]也表明，石灰樁周圍不同距離處土體的宏觀性質(zhì)指標(biāo)表現(xiàn)出的規(guī)律，必然是由土體的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)變化引起的，因此需要進(jìn)一步對(duì)樁-漿協(xié)同加固機(jī)制進(jìn)行探討。

3 協(xié)同作用機(jī)制

為揭示樁-漿協(xié)同作用加固土遺址裂隙的機(jī)制，首先，通過(guò)研究掃描電子顯微鏡（SEM）圖像、比表面積與陽(yáng)離子交換量，從微觀層次揭示樁-漿協(xié)同作用下裂隙兩側(cè)土體強(qiáng)化的原因；基于此，引入孔隙相對(duì)變化率Pr來(lái)定量評(píng)價(jià)土體被強(qiáng)化程度；最后，從定性分析和定量分析相結(jié)合的角度，對(duì)樁-漿協(xié)同作用機(jī)制進(jìn)行討論。

3.1 定性分析

3.1.1微觀結(jié)構(gòu)變化

為研究樁-漿協(xié)同作用導(dǎo)致裂隙兩側(cè)土體結(jié)構(gòu)的變化情況及其原因，選擇無(wú)樁組、協(xié)同作用起始的寬徑比1.5、最佳的寬徑比2.0和最差寬徑比3.0的裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處土樣進(jìn)行1 000倍的掃描電鏡測(cè)試，結(jié)果見圖7。

由圖7可知，不同工況和不同距離處的土體在孔隙數(shù)量、直剪、連通程度和絮凝物數(shù)量與團(tuán)聚程度有所差異，見表3。由表3可知，這種差異是由樁和漿不同擠密機(jī)制導(dǎo)致的。土體孔隙方面，無(wú)樁情況下土體孔隙被擠密是由漿液的單獨(dú)膨脹擠密機(jī)制導(dǎo)致的；YZ2.0土體擠密程度最大是由漿液和石灰樁雙重膨脹擠密機(jī)制導(dǎo)致的；YZ1.5土體擠密程度較小是由于漿液體量過(guò)小導(dǎo)致雙重膨脹擠密機(jī)制尚未完全發(fā)揮；YZ3.0土體中孔隙擠密程度最小是由漿液寬度過(guò)大對(duì)樁的膨脹力吸收作用導(dǎo)致的。因此，YZ2.0和YZ1.5裂隙兩側(cè)等距土體被擠密程度大于WZ組，WZ組的擠密程度大于YZ3.0，這與上述土體貫入阻力和密度變化規(guī)律一致。據(jù)Honghua等[17]對(duì)石灰固土過(guò)程中離子遷移的研究可知，絮凝物多為Ca2+的化合物，無(wú)樁組等距土體中絮凝物含量較少是由于僅有漿液中少量的Ca2+遷移到土體，YZ2.0等距土體絮凝物含量最多是由漿液和石灰樁雙重的Ca2+遷移作用導(dǎo)致的，YZ1.5等距土體中絮凝物含量較多是由于漿液體量過(guò)小導(dǎo)致雙重Ca2+遷移量尚未最大化，YZ3.0絮凝物含量最少是由漿液寬度過(guò)大對(duì)樁的離子遷移吸收作用導(dǎo)致的。因此，YZ2.0和YZ1.5裂隙兩側(cè)等距土顆粒表面絮凝物多于WZ組，WZ組的絮凝物多于YZ3.0。

圖7 不同加固工況下距裂隙兩側(cè)不同距離處土體的SEM圖Fig.7 SEM images of soil at different distances from fissures under different reinforcement conditions

表3 不同加固工況下距裂隙兩側(cè)不同距離處土體的SEM圖特征Tab.3 SEM features of soil at different distancs from fissures under different reinforcement conditions

3.1.2比表面積與陽(yáng)離子交換量變化

上述裂隙兩側(cè)土體的宏觀性質(zhì)指標(biāo)和微觀結(jié)構(gòu)結(jié)果顯示：離裂隙越近，裂隙兩側(cè)土體黏粒組顆粒含量越低，土顆粒表面絮凝物越多。因此，為了查明不同加固類型下等距土體絮凝物在數(shù)量、與土顆粒結(jié)合情況上表現(xiàn)出差異的原因，對(duì)上述4組工況下裂隙加固模型兩側(cè)5、8、11 cm處土體用亞甲基藍(lán)滴定法[11,18]進(jìn)行比表面積和陽(yáng)離子交換量測(cè)定，得到土體加固前后的比表面積和陽(yáng)離子交換量的變化曲線，見圖8。

圖8 不同加固工況下裂隙兩側(cè)土體比表面積和陽(yáng)離子交換量測(cè)試曲線Fig.8 Specific surface area and cation exchange capacity curves of the soil on both sides of fissure with distance under different reinforcement conditions

由圖8可知：1）相較于未加固土體，兩種加固工藝下裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處土體比表面積和陽(yáng)離子交換量均出現(xiàn)不同程度的降低，具體表現(xiàn)為距離裂隙越近降低程度越大；2）相較于WZ組，YZ2.0和YZ1.5裂隙兩側(cè)等距土體的比表面積和陽(yáng)離子交換量均小于WZ組，YZ3.0裂隙兩側(cè)等距土體比表面積和陽(yáng)離子交換量均大于WZ組。

土粒的比表面積與顆粒大小有關(guān)，粒徑越大，其比表面積越小，吸附在單位質(zhì)量土粒表面用于交換低價(jià)陽(yáng)離子越少，因此，陽(yáng)離子交換量與比表面積具有很高的相關(guān)性[19]。上述比表面積和陽(yáng)離子交換量測(cè)試表現(xiàn)出來(lái)的規(guī)律充分說(shuō)明：在WZ、YZ1.5、YZ2.0和YZ3.0情況下，遷移到裂隙兩側(cè)土體Ca2+量的不同導(dǎo)致絮凝物差異，進(jìn)而導(dǎo)致形成的膠團(tuán)（一般為絮凝物包裹小顆粒而成）大小、數(shù)量的不同。這些被包裹的小顆粒多為黏粒和膠粒，是決定土體比表面積和陽(yáng)離子交換量的關(guān)鍵土顆粒[19-20]，因此，土體被團(tuán)聚后比表面積、陽(yáng)離子交換量減小。這種結(jié)果也與研究中WZ、YZ2.0和YZ3.0裂隙兩側(cè)5、8、11 cm處土樣黏粒組顆粒含量、SEM圖像中絮凝物在數(shù)量及與土顆粒結(jié)合情況的變化規(guī)律形成了很好的印證。

3.2 定量分析

上述土樣SEM微觀結(jié)構(gòu)、比表面積和陽(yáng)離子交換量結(jié)果顯示：擠密和離子遷移機(jī)制的差異致使土樣中孔隙數(shù)量、直徑和連通情況不同，這是裂隙兩側(cè)土體被不同程度強(qiáng)化的本質(zhì)原因。因此，建立孔隙相對(duì)變化率Pr定量評(píng)價(jià)裂隙兩側(cè)土體在不同機(jī)制下被強(qiáng)化的程度。式中，nt0為土體初始孔隙率值，nti為距裂隙不同距離處孔隙率值。將式（1）結(jié)果代入式（2），結(jié)果如圖9所示。

圖9 不同加固工況下裂隙兩側(cè)土體的P r隨距離變化曲線Fig.9 Pore relative change rate curves of the soil on both sides of fissure with distance under different reinforcement conditions

由圖9可知：1）兩種工藝下裂隙兩側(cè)土體的Pr均大于0，且離裂隙兩側(cè)距離越遠(yuǎn)，土體的Pr越小；2）有樁組除了YZ3.0外，土體的Pr均大于無(wú)樁組；3）有樁組中，隨著寬徑比的增大，土體的Pr先增大后減小，寬徑比為2.0時(shí)達(dá)到極大值，Pr大小關(guān)系為YZ2.0＞YZ2.5＞YZ1.5＞YZ3.0。通過(guò)這些變化規(guī)律可以看出，土體Pr變化規(guī)律與宏觀性質(zhì)指標(biāo)較為一致。

3.3 討論

綜合上述裂隙注漿模型兩側(cè)不同距離處土體的宏觀性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)變化的定性特征和定量規(guī)律，不同裂隙模型兩側(cè)土體宏觀性質(zhì)受到不同程度強(qiáng)化，且這種差異性強(qiáng)化是因?yàn)橥馏w在不同樁漿組合形式下受到不同程度的擠密和發(fā)生不同程度的離子遷移造成土體孔隙數(shù)目、孔徑、連通情況及絮凝物數(shù)量、與土顆粒結(jié)合情況產(chǎn)生了不同而導(dǎo)致的。

單獨(dú)注漿漿液加固條件下裂隙模型兩側(cè)土體僅受到漿液的單獨(dú)膨脹作用和有限的Ca2+遷移作用。崔凱等[6]研究表明所用漿液28 d后體積膨脹率穩(wěn)定為5.55%，在這種微膨脹和漿液中摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的CaO，其所產(chǎn)生的Ca2+發(fā)生的遷移對(duì)裂隙兩側(cè)土體的擠密和團(tuán)聚作用的范圍和程度是非常有限的。研究中，單獨(dú)注漿模型5、8和11 cm處土體主要出現(xiàn)圓形孔隙，且此種孔隙隨著距離的遞增，數(shù)量、擴(kuò)展和聯(lián)通的程度增加；不同距離處土體SSA和CEC值較未加固土體有不同程度的減少，與上述觀點(diǎn)構(gòu)成很好的印證。

樁-漿協(xié)同加固條件下裂隙模型兩側(cè)土體不僅會(huì)受到漿液的單獨(dú)膨脹作用和有限的Ca2+遷移作用，石灰樁的加入還會(huì)使土體受到樁的膨脹作用和樁中大量Ca2+遷移作用。朱彥鵬等[21]研究表明石灰樁的體積膨脹量為原樁體積的1.2～1.5倍，石灰樁產(chǎn)生較大膨脹和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的CaO產(chǎn)生足量Ca2+與漿液共同對(duì)裂隙兩側(cè)土體進(jìn)行強(qiáng)化。但是這兩種由樁和漿液分別產(chǎn)生的膨脹和Ca2+遷移作用對(duì)裂隙兩側(cè)土體的擠密和團(tuán)聚作用的范圍和程度不是簡(jiǎn)單的線性疊加。研究中，當(dāng)寬徑比為1.5、2.0和2.5時(shí)，樁-漿協(xié)同對(duì)擠密和團(tuán)聚作用的增益得到了充分的體現(xiàn)，表現(xiàn)在YZ1.5、2.0和2.5模型5、8和11 cm處土體密度、貫入阻力大于WZ組，液限、黏粒組顆粒含量小于WZ組。當(dāng)寬徑比為3.0時(shí)，YZ3.0模型5、8和11 cm處土體密度、貫入阻力小于WZ組，液限、黏粒組顆粒含量大于WZ組，這說(shuō)明位于樁土之間的漿液對(duì)石灰樁的膨脹力和Ca2+遷移也有吸收作用。樁-漿聯(lián)合加固時(shí)，吸收作用就存在，不同寬徑比下吸收作用程度不同；隨著寬徑比增大，雖然漿液自身產(chǎn)生的膨脹和離子遷移是增加的，但漿液對(duì)石灰樁吸收作用在寬徑比超過(guò)2.0后逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。研究中，樁-漿協(xié)同YZ2.0模型兩側(cè)土體線狀孔隙隨距離增大數(shù)量、擴(kuò)展和聯(lián)通程度均慢于WZ組和YZ3.0，快于WZ組的現(xiàn)象，YZ2.0模型兩側(cè)等距土體SSA、CEC值最小，以及YZ3.0模型兩側(cè)等距土體SSA、CEC值最大，也與上述觀點(diǎn)構(gòu)成較好的對(duì)應(yīng)。

4 結(jié) 論

1）不同加固工況下裂隙模型兩側(cè)土體的貫入阻力、密度、液塑限和黏粒組顆粒含量等宏觀性質(zhì)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果表明：樁-漿協(xié)同加固除寬徑比為3.0外，裂隙兩側(cè)土體的加固效果均優(yōu)于單獨(dú)注漿組，并且效果以寬徑比為2.0為最佳。

2）不同加固工況下裂隙模型兩側(cè)土體的微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果表明：樁-漿協(xié)同加固除寬徑比為3.0外，裂隙兩側(cè)土體的孔隙數(shù)量和孔徑均小于單獨(dú)注漿組，且絮凝物數(shù)量及與土顆粒結(jié)合程度均優(yōu)于單獨(dú)注漿組，其中以寬徑比為2.0為最佳。

3）孔隙相對(duì)變化率Pr隨著土體與裂隙距離的增大而減?。磺覙?漿協(xié)同工藝下隨著寬徑比的增大，裂隙兩側(cè)等距土體的Pr均先增大后減小，在寬徑比為2.0時(shí)達(dá)到極大值，與宏觀指標(biāo)變化趨勢(shì)基本一致。

4）單獨(dú)注漿工藝加固裂隙模型土體得到強(qiáng)化是由漿液自身膨脹擠密和離子遷移機(jī)制導(dǎo)致的；樁-漿協(xié)同加固條件下，隨著寬徑比增加，土體被強(qiáng)化程度先增后減是由樁-漿雙重膨脹擠密和離子遷移機(jī)制互相影響導(dǎo)致的；寬徑比大于2.0時(shí)，樁-漿雙重膨脹擠密和離子遷移機(jī)制被抑制。