周 偉 洋，劉 建 坤，南 霽 云

(中山大學(xué) 土木工程學(xué)院，廣東 珠海 519082)

0 引 言

濕陷性黃土遇水后易發(fā)生突然的沉陷變形，在工程中不宜直接采用，需要改良加固。濕陷性黃土的改良已開(kāi)發(fā)出多種方法，如壓實(shí)、注漿和化學(xué)改良等[1-3]。目前的化學(xué)改良法中，對(duì)水泥、粉煤灰、石灰等改良黃土的研究較多[4]，對(duì)高聚物改良黃土的研究則很少。高聚物因自身的分子特性，能夠改變土壤的結(jié)構(gòu)，具有廣闊的應(yīng)用前景。陰離子聚丙烯酰胺(APAM)是具有良好水溶性、吸附性和黏合性[5]的高聚物。眾多研究表明，APAM能有效改良土壤，但目前相關(guān)研究基本集中在土壤結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的改良[6-7]、水土保持[8-9]、土壤保肥增產(chǎn)[10-11]、鹽漬土治理[12-13]等農(nóng)業(yè)方面，對(duì)APAM改性土的工程力學(xué)性能的研究仍很少。同時(shí)，APAM常作為水泥土的外加劑，用以增強(qiáng)力學(xué)強(qiáng)度和降低脆性[14]，而水泥黃土作為最常見(jiàn)的濕陷性黃土改良方法之一，研究APAM對(duì)黃土力學(xué)特性的影響具有重要的意義。另外，由于路基的施工是分層壓實(shí)的，改良劑與土壤混合后所產(chǎn)生的土壤結(jié)構(gòu)的改善，經(jīng)壓實(shí)后會(huì)發(fā)生顯著變化，而目前對(duì)化學(xué)改性土壓實(shí)后的工程力學(xué)性能的研究很有限，故探究APAM改性黃土壓實(shí)后的力學(xué)特性是有必要的。

由于APAM改良土壤的效果受APAM的分子量、土壤pH環(huán)境、土壤中金屬離子的濃度、施用量和施用方式等因素影響[15]，同時(shí)CaCl2是APAM的常用外加劑，故選用CaCl2作為補(bǔ)充鈣源和APAM固化土壤的促進(jìn)劑。

本文對(duì)APAM改性黃土進(jìn)行擊實(shí)、固結(jié)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度等試驗(yàn)。主要研究改性黃土在壓實(shí)后的力學(xué)特性，分析側(cè)限條件下土樣豎向變形隨豎向荷載的變化規(guī)律，結(jié)合SEM圖像對(duì)改性黃土和非改性黃土的微觀形態(tài)進(jìn)行了對(duì)比分析，以綜合評(píng)價(jià)APAM改性黃土的工程力學(xué)性能。最終確定出相對(duì)合適的APAM摻入比，旨在為APAM改良黃土提供科學(xué)依據(jù)，也為APAM在路基改良方面的應(yīng)用提供參考。

1 土樣的基本物理性質(zhì)

原狀黃土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)如表1所列。使用Malven Mastersizer 3000 激光粒度儀分析土樣的粒徑分布，采用濕散射法，分散劑為水，分散劑折射率1.330，散射模型為Mie，分析模型為通用模型，分析結(jié)果如圖1所示。按照GB 50021-94《巖土工程勘察規(guī)范》劃分粒組，其中黏粒(≤0.005 mm)占比為18.21%，粉粒(0.005～0.075 mm)占比為81.79%。

圖1 黃土的粒度分布Fig.1 Grain size distribution of loess

使用掃描電鏡的集成能量色散光譜(Energy dispersion spectrum，EDS)對(duì)試驗(yàn)黃土進(jìn)行元素分析，結(jié)果如圖2所示。含有金元素是由于制備試樣需要噴金處理。從結(jié)果可知，試驗(yàn)黃土的鈣成分含量很少，因此有必要補(bǔ)充鈣源。

圖2 黃土的能量色散光譜圖像Fig.2 Image of EDS of loess

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 改性土的制備

聚合物改良土壤有3種施用方式[16]。① 液施：聚合物先溶于水，再將溶液施入待改良土壤。② 混施：先將粉末狀聚合物與土壤混合，再加入水。③ 表層干施：將粉末狀聚合物撒于待改良土壤的表層，再加入水。表層干施時(shí)，后加入的水易使APAM首先相互積聚成團(tuán)，減弱了APAM和土壤顆粒相互吸附，且僅能在土壤表層吸附，缺點(diǎn)明顯，不采用。有研究表明[17]，采用液施的土壤其改良效果顯著優(yōu)于混施，能更有效控制土壤侵蝕。

原狀黃土以粉粒為主，故選用300萬(wàn)分子量的APAM。APAM為液施，粉末狀CaCl2為液施。兩種添加方案為：只加APAM；同時(shí)加APAM和CaCl2(APAM+CaCl2)。試劑摻量用摻入比β表示：

(1)

式中：ma為改良劑的摻入質(zhì)量，g；ms為素黃土的干質(zhì)量，g。APAM的摻入比βAPAM分別為0.01%，0.03%和0.06%，對(duì)照組β=0。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)參照J(rèn)TG E40-2007《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》和《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法》。

(1) 擊實(shí)試驗(yàn)(干法)。① 根據(jù)βAPAM和目標(biāo)含水率制備濕土料(含水率按規(guī)程要求的2%～3%遞增)，悶料12 h；② 按照標(biāo)準(zhǔn)輕型Ⅰ-1類(lèi)的要求擊實(shí)土料；③ 從已擊實(shí)土壤的上中下(三等分)3個(gè)位置的中心點(diǎn)取樣測(cè)含水率，該組結(jié)果為3點(diǎn)的算術(shù)平均值(點(diǎn)間差值不超過(guò)1%)。

(2) 同一擊實(shí)功下，黃土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。① 根據(jù)已擊實(shí)土體的實(shí)測(cè)含水率和干密度制備土料，壓實(shí)制成無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試樣(直徑39.1 mm，高80 mm)；② 在三軸壓縮機(jī)中，以0.005 mm/s的恒定速率對(duì)試樣單軸加荷至試樣完全破壞。

(3) 固結(jié)試驗(yàn)。對(duì)于壓實(shí)土體，用處于最優(yōu)含水率狀態(tài)的土體制樣，比較同一擊實(shí)功下APAM摻入比對(duì)壓縮特性的影響；對(duì)于未壓實(shí)的素黃土，采用現(xiàn)場(chǎng)取回的原狀土制樣。試驗(yàn)步驟如下：① 將固結(jié)環(huán)刀(內(nèi)徑60 mm，高20 mm)壓入壓實(shí)/原狀土壤中，當(dāng)環(huán)刀被完全壓入后，將其上下表面小心修平；② 制得土樣后，將土樣置于氣壓固結(jié)儀中加載。試驗(yàn)的荷載梯度為50，100，200，400，800，1 600，3 200 kPa，判穩(wěn)條件為每小時(shí)變形量不大于0.005 mm。

(4) 黃土浸出液導(dǎo)電率試驗(yàn)。水土比為5∶1，土樣為100 g烘干黃土。試驗(yàn)步驟：① 將APAM和去離子水在燒杯中混合均勻；② 倒入土樣并充分?jǐn)嚢?；?采用減壓過(guò)濾法提取浸出液，在25 ℃下測(cè)定導(dǎo)電率。

(5) 采用韓國(guó)庫(kù)塞姆(COXEM)EM-30AX掃描電子顯微鏡對(duì)不同改良劑和不同摻入比的壓實(shí)黃土進(jìn)行微觀圖像信息采集。

除了SEM觀測(cè)，其余試驗(yàn)均設(shè)置3組平行試驗(yàn)(擊實(shí)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和固結(jié)試驗(yàn)的組間差值分別不超過(guò)1%，15%，1%)，最終結(jié)果為3組的算術(shù)平均值。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 擊實(shí)特性

圖3為不同APAM摻入比下改性土的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)比對(duì)照組(DI)，改性土的ρdmax均有增長(zhǎng)，增幅為2.19%～3.77%。隨著摻入比從0%增加到0.06%，ρdmax在0.01%～0.03%范圍內(nèi)遞增，在0.03%～0.06%范圍內(nèi)遞減。這表明，在βAPAM=0.03%時(shí)較對(duì)照組的壓實(shí)效果最好，APAM改良黃土擊實(shí)特性存在施用閾值。研究認(rèn)為，在濕陷性黃土中，APAM對(duì)土顆粒的吸附作用使土顆粒膠結(jié)在一起，是ρdmax增大的主要原因。ρdmax不隨APAM摻量的增大而一直增大，原因是摻入量過(guò)大時(shí)，APAM分子鏈有部分自身纏繞成團(tuán)，并在土粒表面形成“雙層”吸附層[16]，從而不利于土體的壓密。從圖3還可觀察出，改性土的擊實(shí)曲線(xiàn)較DI組更加急陡，說(shuō)明APAM改性土對(duì)含水率的敏感性有所提高。實(shí)際工程施工時(shí)，為達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度，應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)改性土的含水量。

圖3 APAM摻入量對(duì)黃土擊實(shí)特性的影響Fig.3 Effect of APAM contents on the compaction characteristics of loess

圖4為黃土浸出液電導(dǎo)率隨APAM摻入比的變化。浸出液的電導(dǎo)率隨摻入比的增大而先減小后增大，在βAPAM=0.03%時(shí)達(dá)到最小值。導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果可能原因是，溶于水后的APAM吸附了浸出液中的金屬離子，使金屬離子濃度降低，從而降低了溶液的含鹽量，使電導(dǎo)率降低。谷曉巖等[18]推測(cè)APAM能降低土壤電導(dǎo)率的原因可能與氫鍵和配位基交換有關(guān)，并證實(shí)通過(guò)減少土壤溶液的含鹽量來(lái)降低電導(dǎo)率是APAM對(duì)土壤電導(dǎo)率的作用機(jī)理。

由于土壤膠結(jié)是指土壤中的物質(zhì)通過(guò)表面電荷和功能團(tuán)的分子引力、靜電引力、陽(yáng)離子橋、氫鍵和化學(xué)鍵等方式聯(lián)結(jié)起來(lái)，故APAM吸附土壤顆粒包含且主要是膠結(jié)作用，即APAM能增強(qiáng)土壤的膠結(jié)。導(dǎo)電率試驗(yàn)結(jié)果表明，濕陷性黃土中，βAPAM=0.03%時(shí)APAM對(duì)陽(yáng)離子的吸附效果最好，即此時(shí)APAM增強(qiáng)土壤膠結(jié)的程度最大，這再次表明APAM的摻量不是越大越好。

圖4 APAM摻入比對(duì)土樣浸出液電導(dǎo)率的影響Fig.4 Effect of APAM incorporation ratio on the conductivity of loess sample leaching solution

3.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

壓實(shí)功相同的條件下，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(qu)如表2所列。經(jīng)相同的壓實(shí)功壓實(shí)后，試樣的摻入比和含水率是強(qiáng)度最主要的影響因素。圖5為同一壓實(shí)功下，APAM改性黃土含水率與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系曲線(xiàn)。由圖可知，試樣的含水率與qu呈近似拋物線(xiàn)關(guān)系[19]，則有：

qu=a+bw+cw2

(2)

式中：qu為土樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa；w為含水率，%；a、b、c為擬合參數(shù)。其中，a表示含水率為零條件下的qu值，c表示qu隨含水率的變化速率，其絕對(duì)值越大說(shuō)明qu增大或衰減越快。

試驗(yàn)結(jié)果表明：在最優(yōu)含水率的干側(cè)，土樣的qu隨含水率增加而緩慢增長(zhǎng)，在最優(yōu)含水率的濕側(cè)則快速衰減。這是因?yàn)椋谕粔簩?shí)功下，當(dāng)含水率較大且處于濕側(cè)時(shí)，試樣的干密度大幅降低，其剛度相應(yīng)降低，且過(guò)多的水分會(huì)起到減小顆粒間摩擦、溶解膠結(jié)物質(zhì)的作用，減小了試樣的內(nèi)聚力，故無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度快速減小。而在干側(cè)，盡管土體的干密度不大，但土體的抗壓強(qiáng)度不僅與干密度有關(guān)，還顯著受到基質(zhì)吸力的影響。有研究表明[20]：土體具有較高基質(zhì)吸力時(shí)，其剛度和強(qiáng)度也較大。同一壓實(shí)功下，在干側(cè)的土體含水率低，但其基質(zhì)吸力大，故強(qiáng)度大。

對(duì)比處于最優(yōu)含水率的土樣，與DI組相比，摻入0.01%，0.03%，0.06%的APAM后，土體qu的增幅分別達(dá)43.34%，61.17%，36.56%，均有較大的增長(zhǎng)，改良效果良好。但也需要注意，摻入APAM后黃土對(duì)水的敏感性反而有所提高。

表2 同一壓實(shí)功下土樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Unconfined compressive strength test results of loess samples under the same compaction work

圖5 APAM改性黃土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與含水率的關(guān)系Fig.5 Relationship between unconfined compressive strength and water content of loess modified with APAM

圖6為3，8，13，18號(hào)試樣的軸向應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線(xiàn)對(duì)比圖。能看到，各試樣破壞時(shí)的變形量差別不大，說(shuō)明改性土的脆性基本一致。18號(hào)試樣的含水率比其他試樣都低，而破壞變形量比其他都高，說(shuō)明APAM是有助于提升壓實(shí)黃土的塑性，但由于摻入比不高，改變效果不明顯。從擊實(shí)特性和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度兩方面分析，0.03%是一個(gè)相對(duì)合適的摻入比。

圖6 最優(yōu)含水率狀態(tài)下不同APAM摻入比黃土的 應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)Fig.6 Stress-strain curves of loess with different incorporation ratios of APAM under optimal water content

3.3 同時(shí)添加APAM和CaCl2

前期測(cè)定了單摻CaCl2的改性壓實(shí)黃土的相關(guān)力學(xué)特性。單摻APAM與單摻CaCl2的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果[21]對(duì)比如圖7所示。同一擊實(shí)功下，CaCl2改性黃土的ρdmax均大于APAM改性黃土，說(shuō)明由CaCl2引起的土體額外膠結(jié)要強(qiáng)于APAM所引起的。在最優(yōu)含水率上，APAM改性黃土總體上大于CaCl2改性黃土，只有βCaCl2=2%的最優(yōu)含水率稍大于βAPAM=0.03%的最優(yōu)含水率。

圖7 兩類(lèi)改性黃土的擊實(shí)效果對(duì)比Fig.7 Comparison on compaction effect of two types of modified loess

根據(jù)單摻CaCl2的研究結(jié)果[21]，βCaCl2在2%～10%范圍內(nèi)，改性黃土的qu隨βCaCl2的增大而減小，且在βCaCl2=2%時(shí)，qu=82.87 kPa，低于對(duì)照組。即盡管CaCl2增強(qiáng)了土體的膠結(jié)，但對(duì)qu卻是削弱的。因此，CaCl2的摻入量不宜過(guò)多。基于力學(xué)強(qiáng)度考量，βCaCl2=2%是3個(gè)CaCl2摻入比中改良效果相對(duì)較好的。試驗(yàn)結(jié)果表明：在壓實(shí)程度上，CaCl2改性黃土表現(xiàn)優(yōu)于APAM改性黃土；在力學(xué)強(qiáng)度方面則相反。

由于APAM對(duì)土壤的改良主要是通過(guò)土壤與聚合物的相互吸附來(lái)實(shí)現(xiàn)，而APAM與土顆粒表面的電荷相同，本應(yīng)與土顆粒相斥，但它能通過(guò)陽(yáng)離子橋的作用與土壤相結(jié)合。土壤中的二價(jià)陽(yáng)離子(如Ca2+)可以分別結(jié)合土壤顆粒表面和APAM分子的負(fù)相，形成陽(yáng)離子橋，即APAM-Ca2+-土壤顆粒，從而增強(qiáng)土顆粒與APAM的相互吸附[22]。所以可考慮同時(shí)添加APAM和CaCl2，摻入比分別為0.03%和2%。

圖8為三類(lèi)改性黃土的擊實(shí)曲線(xiàn)對(duì)比。表3為不同摻入比的改性黃土的最優(yōu)含水率和最大干密度。結(jié)果顯示：同時(shí)摻入APAM和CaCl2比只加一種試劑時(shí)具有更大的最大干密度，表明具有更好的吸附和膠結(jié)效果；其擊實(shí)曲線(xiàn)沒(méi)有只加一種試劑時(shí)那么急陡，說(shuō)明改性黃土對(duì)水的敏感性有所降低。

圖8 三類(lèi)改性黃土擊實(shí)曲線(xiàn)對(duì)比Fig.8 Comparison of compaction curves of three types of modified loess

對(duì)2% CaCl2，0.03% APAM，2% CaCl2+0.03% APAM這三類(lèi)改性黃土，取處于最優(yōu)含水率狀態(tài)的壓實(shí)土(壓實(shí)功相同)進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如表4所列。試驗(yàn)結(jié)果顯示：CaCl2+APAM改性的黃土的qu比只加一種改良劑的都要高，較DI組的增幅達(dá)到85.33%，力學(xué)強(qiáng)度增長(zhǎng)顯著。表明同時(shí)摻入CaCl2和APAM既能彌補(bǔ)單摻CaCl2時(shí)力學(xué)強(qiáng)度的不足，也能進(jìn)一步提高土體的最大干密度，最優(yōu)含水率也有一定程度的減小，改良效果達(dá)到預(yù)期。由CaCl2膠結(jié)形成的土團(tuán)聚體具有較大的膠結(jié)強(qiáng)度，土體比較致密，但力學(xué)強(qiáng)度一般。由APAM膠結(jié)形成的土團(tuán)聚體有較好的穩(wěn)定性且力學(xué)強(qiáng)度有較大程度的提高，但孔隙較大。兩者同時(shí)摻入，既能很好地發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，也能一定程度上彌補(bǔ)單一改良劑的不足，且能通過(guò)橋鍵作用進(jìn)一步增強(qiáng)土體的膠結(jié)作用。

表3 不同摻比的改性黃土的最優(yōu)含水率和最大干密度Tab.3 Optimal water content and maximum dry density of modified loess with different incorporation ratios

表4 三類(lèi)改性黃土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比Tab.4 Comparison on unconfined compressive strength of three types of modified loess

3.4 固結(jié)和修正壓縮比

圖9(a)為未壓實(shí)素黃土(原狀土)和壓實(shí)黃土的壓縮曲線(xiàn)。圖9(b)為(a)的局部放大圖?？芍?，相比未壓實(shí)土體，壓實(shí)土體的孔隙比和壓縮性均大幅度減小，都隨初始干密度的增大而降低。壓實(shí)土的孔隙比隨豎向應(yīng)力的變化呈現(xiàn)明顯的非線(xiàn)性，而未壓實(shí)土孔隙比的變化則非常接近線(xiàn)性。這表明，壓實(shí)后土骨架在豎向應(yīng)力下的穩(wěn)定性和抗壓縮性均有顯著提升。試樣DI，0.01%APAM，0.03%APAM，0.06%APAM，0.03% APAM+2% CaCl2在固結(jié)前后的孔隙比變化量分別為0.116 9，0.086 9，0.070 8，0.073 0，0.067 8，由于試樣是經(jīng)同一擊實(shí)功壓實(shí)的，而孔隙比變化量越小說(shuō)明土骨架在豎向應(yīng)力下的穩(wěn)定性越強(qiáng)，這就再次證明改良劑的摻入增強(qiáng)了土體的膠結(jié)作用，提升了土體結(jié)構(gòu)的抗壓縮穩(wěn)定性。

圖9 壓縮曲線(xiàn)Fig.9 Compression curves

定義修正壓縮比為

(3)

式中：Rm為修正壓縮比，Ht和H0分別是壓實(shí)土樣和沒(méi)擊壓素黃土在豎向應(yīng)力作用下的穩(wěn)定總變形量。豎向應(yīng)力的范圍為50～3 200 kPa。

圖10為相同擊實(shí)功下，處于最優(yōu)含水率狀態(tài)的改性壓實(shí)黃土的修正壓縮比。修正壓縮比是為了比較在一定的豎向應(yīng)力下，改性壓實(shí)黃土相較于未壓實(shí)素黃土的應(yīng)變水平，用以表征改性壓實(shí)黃土在豎向應(yīng)力作用下的土骨架穩(wěn)定程度。在βAPAM=0.01%時(shí)，土樣的修正壓縮比變化量最大；在摻入0.03%APAM+2%CaCl2時(shí)，土樣的修正壓縮比變化量最小，說(shuō)明此摻入比下土體對(duì)豎向應(yīng)力的敏感程度較低，土骨架穩(wěn)定性較高。βAPAM=0.01%時(shí)，修正壓縮比的偏離程度最大，原因是APAM在改性黃土中首先且主要起吸附土壤顆粒的作用，而APAM的摻入量過(guò)小，只有很少的APAM用于填充改性土的孔隙，宏觀表現(xiàn)為具有較高的壓縮性。建議今后在更多不同的APAM摻入比條件下進(jìn)行試驗(yàn)，以更加系統(tǒng)地研究APAM改性下修正壓縮比與豎向應(yīng)力之間的關(guān)系。通過(guò)數(shù)據(jù)集擬合的趨勢(shì)線(xiàn)的公式為

Rm=0.21268(1-σ-0.28591)

(4)

式中：σ為豎向應(yīng)力，kPa。該式可用于預(yù)測(cè)在一定豎向應(yīng)力下APAM改性壓實(shí)黃土的修正壓縮比。雖然擬合關(guān)系中存在偏離較大的散點(diǎn)，但隨著豎向應(yīng)力的增大，修正壓縮比總體上呈收斂趨勢(shì)。

圖10 改性黃土的修正壓縮比Fig.10 Modified compression ratio of modified loess

3.5 微觀分析

圖11是經(jīng)同一擊實(shí)功壓實(shí)后，處于最優(yōu)含水率下的壓實(shí)土放大500倍的微觀圖片。圖11(a)中的土團(tuán)聚體直徑較小且零碎，具有明顯的邊界和棱角，團(tuán)聚體之間基本沒(méi)有相互連結(jié)，存在超大孔隙，故其最大干密度較小。有研究表明[23]，土團(tuán)粒間形成的超過(guò)100 μm的超大孔隙穩(wěn)定性較差，因此壓實(shí)素黃土宏觀表現(xiàn)為強(qiáng)度較低，力學(xué)性能一般。

通過(guò)圖11(b)，(c)與(a)的對(duì)比可知，添加0.01%APAM后，土體微觀形態(tài)變化顯著，出現(xiàn)了較多黏性的小土團(tuán)粒。但由于此時(shí)摻入量小，土團(tuán)粒之間大部分仍是無(wú)黏結(jié)接觸，或者是黏結(jié)接觸但黏結(jié)力很小，宏觀表現(xiàn)為力學(xué)強(qiáng)度有一定程度提升。隨著APAM摻入量的增大，能觀察到土團(tuán)粒之間的孔隙明顯變小，土團(tuán)粒相互被黏結(jié)起來(lái)積聚成大的土團(tuán)聚體，土團(tuán)聚體排列逐漸緊密，土體結(jié)構(gòu)逐漸緊湊。同時(shí)，土團(tuán)聚體之間的有效接觸面積增加，接觸方式由以點(diǎn)為主變成以面為主，且APAM也具有一定的孔隙填充作用，最后形成較為致密、穩(wěn)定的土體結(jié)構(gòu)，使土體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度有較大程度的提高。

圖11 不同摻入比改性黃土的500倍掃描電鏡圖Fig.11 500 times SEM images of modified loess with different incorporation ratios

對(duì)比圖11(b)，(c)和(d)可看到，隨著APAM摻入量的增大，土體變成了類(lèi)似黏性土的層片狀堆疊形態(tài)，土團(tuán)粒間是明顯的膠結(jié)狀態(tài)，但由于高APAM摻量不利于土體壓密，因此圖11(d)的孔隙總體上比圖11(c)大。另外，圖11(b)，(c)和(d)在土團(tuán)聚體直徑、孔隙大小、團(tuán)聚體之間的緊密程度上均比較接近，宏觀表現(xiàn)為3個(gè)摻入比下土體的最大干密度和力學(xué)強(qiáng)度比較接近。圖11(e)中，因Ca2+能促進(jìn)土顆粒和APAM的相互吸附，所以同時(shí)加入CaCl2和APAM之后，土體的微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)素黃土和只加APAM的土體而言更加密實(shí)，土團(tuán)聚體直徑更大，孔隙更小，宏觀表現(xiàn)出更好的力學(xué)性能。

4 結(jié) 論

(1) 隨著APAM摻入量的增大，改性黃土的最大干密度和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度先增大后減小，最優(yōu)含水率先減小后增大。APAM改性黃土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度一般隨含水率的增大而減小。

(2) 在一定的摻入量范圍內(nèi)，APAM能增強(qiáng)黃土的膠結(jié)作用。從擊實(shí)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果可看出，APAM對(duì)濕陷性黃土的改良效果存在閾值，0.03%是一個(gè)比較合適的摻入比。

(3) 同時(shí)摻入APAM和CaCl2的土體比只添加其中一種的具有更高的最大干密度和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，同時(shí)最優(yōu)含水率更小，對(duì)含水率的敏感程度有所降低。黃土中的CaCl2能夠促進(jìn)APAM和土顆粒的相互吸附，進(jìn)一步增強(qiáng)土體的膠結(jié)作用。黃土中同時(shí)摻入APAM和CaCl2的改良效果優(yōu)于單獨(dú)摻入APAM或CaCl2。

(4) APAM處理后，最大干密度較大的土體，其修正壓縮比較低，對(duì)豎向應(yīng)力的敏感性較低。對(duì)改性黃土建立了豎向應(yīng)力與修正壓縮比之間的關(guān)系，修正壓縮比一般隨豎向應(yīng)力的增大而趨于某一界限值。