崔宏環(huán)，朱超杰，張立群，胡淑旗

(1.河北省土木工程診斷、改造與抗災(zāi)實(shí)驗(yàn)室，河北 張家口 075000；2.河北建筑工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

0 引言

公路路基的強(qiáng)度和耐久性是保證公路正常使用的重要參數(shù)，許多專家學(xué)者結(jié)合公路實(shí)際運(yùn)營(yíng)條件、水文地質(zhì)特征以及病害防治措施開展了大量試驗(yàn)，從素土[1]到石灰改良土[2]再到水泥改良土[3-4]對(duì)多種路基填料的路用性能進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，得出了寶貴的結(jié)論。公路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷不同氣候環(huán)境的影響，服役過(guò)程中的高速公路水損破壞約占在役公路破壞形式的50%[5-7]。潘宇雄等[8]、鄧爽[9]分析了不同干濕循環(huán)路徑、干濕溫度條件下加州承載比(California Bearing Ratio，CBR)值及其他指標(biāo)的變化規(guī)律；付星[10]研究了木質(zhì)素改良土在干濕循環(huán)作用下的變化規(guī)律；楊和平等[11]從試樣膨脹率、內(nèi)摩擦角和黏聚力方面入手分析了抗剪強(qiáng)度衰減的原因；阮艷彬等[12]模擬施工至服役過(guò)程中含水率的變化，分析了回彈模量的變化規(guī)律。

回彈模量和CBR值是路基填料的2個(gè)重要指標(biāo)，分別反映了土基彈性變形階段內(nèi)抵抗豎向變形及塑性變形的能力，二者均能反映土樣的剛度。諸多專家學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)素土的回彈模量與CBR值(公式中用CBR表示)滿足E=aCBRb(E為回彈模量 ；a為系數(shù) ；CBR為加州承載比；b為系數(shù) )[13-17]的函數(shù)關(guān)系，但是這些成果是建立在素土或者改良后的土樣之上，對(duì)于改良土模擬服役過(guò)程中二者之間關(guān)系的相關(guān)研究成果較少。

試樣經(jīng)歷外界條件損傷過(guò)程中的宏觀表現(xiàn)為各力學(xué)指標(biāo)的衰減，不能很好地表述試樣內(nèi)部的變化過(guò)程，因此宏觀與微觀相結(jié)合的方法描述損傷相對(duì)更加客觀。方晟等[18]、高曙光等[19]和張文豪等[20]通過(guò)微觀研究得出粉煤灰、水泥以及水玻璃等改良土骨架特征的變化過(guò)程，隨著改良劑產(chǎn)生凝膠使得土體顆粒的連接排列方式逐漸變?yōu)榭臻g網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，從而增加了土體的整體性，有效地提高土樣的水穩(wěn)定性。前人采用微觀與宏觀相結(jié)合的方法對(duì)土樣顆粒形態(tài)進(jìn)行分析，而定量化描述微觀變化的研究相對(duì)較少。由于回彈模量反映的是試樣的剛度，與骨架有著很大的關(guān)系，因此采用骨架面積的變化進(jìn)行相關(guān)分析可行性較高。

綜上所述，本研究結(jié)合冀北地區(qū)路基土的結(jié)構(gòu)與環(huán)境特性，開展室內(nèi)試驗(yàn)，模擬水泥改良土在服役過(guò)程中的環(huán)境變化，分析干濕循環(huán)作用下改良土各項(xiàng)指標(biāo)的變化規(guī)律以探尋運(yùn)營(yíng)階段路基改良土CBR與回彈模量之間的關(guān)系，采用宏觀力學(xué)指標(biāo)與微觀試驗(yàn)相結(jié)合的方法，以土顆粒在干濕循環(huán)過(guò)程中骨架面積的變化進(jìn)行定量化分析干濕循環(huán)作用下改良土的損傷機(jī)理。為高質(zhì)量路基工程建設(shè)提出相應(yīng)防控技術(shù)建議。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用河北金隅水泥P.O42.5普通硅酸鹽水泥為改良劑，試驗(yàn)用水為張家口市自來(lái)水，土樣取自張家口市某工程現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)室內(nèi)基礎(chǔ)試驗(yàn)分析，得出該土樣為粉質(zhì)黏土，物理技術(shù)指標(biāo)見表 1。

表1 試驗(yàn)土體基本物理指標(biāo)

圖1為改良土擊實(shí)曲線，由圖1可以看出，水泥改良土改良后，隨著水泥摻量的增加，最佳含水率均有所升高，最大干密度開始降低。且隨水泥摻量的增加最佳含水率呈上升趨勢(shì)，最大干密度呈下降趨勢(shì)，究其原因是水泥與水和土顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)較快，使得土顆粒凝聚成為較大團(tuán)狀體，影響壓實(shí)效果，從而導(dǎo)致最大干密度下降，最佳含水率升高。

圖 1 擊實(shí)曲線Fig.1 Compaction curve

1.2 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)按照GB/T 50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》及JTG E51—2009《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行實(shí)施，試驗(yàn)方案見表2。將現(xiàn)場(chǎng)取回的土樣晾曬、碾壓和過(guò)20 mm篩，篩除大顆粒土樣及石子等雜物，放置烘箱中干燥24 h。按照各水泥改良土的最優(yōu)含水率制備98 擊的CBR試樣及95%壓實(shí)度100 mm ×100 mm圓柱體試件，以備進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓及回彈模量試驗(yàn)，養(yǎng)護(hù)齡期分別設(shè)定為7、28、90 d，滿齡期后進(jìn)行干濕循環(huán)及其他力學(xué)性能試驗(yàn)。

干濕循環(huán)是一個(gè)多因素相互作用的復(fù)雜過(guò)程，循環(huán)次數(shù)、循環(huán)幅度、含水率和裂隙等各因素對(duì)其力學(xué)性狀都具有顯著影響[21]，為模擬最不利影響，干濕循環(huán)采用先濕后干的方法[22]，增濕過(guò)程中每隔2 h稱量1次試樣的質(zhì)量，當(dāng)試樣質(zhì)量不再發(fā)生變化達(dá)到自然飽和時(shí)，即完成了一次增濕過(guò)程；脫濕在100 ℃±2 ℃的鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行，采用同樣的方法，當(dāng)試樣質(zhì)量不再發(fā)生變化時(shí)認(rèn)定完成了一次干燥過(guò)程，再次增濕時(shí)將試樣從干燥箱中取出冷卻至室溫后重復(fù)上述過(guò)程。

達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后將CBR試樣取出，并將模具與試樣一起置于水槽中。0次干濕循環(huán)試樣直接浸水96 h后進(jìn)行貫入試驗(yàn)，其他試樣重復(fù)干濕循環(huán)過(guò)程，達(dá)到預(yù)定干濕循環(huán)次數(shù)后浸水96 h，然后進(jìn)行室內(nèi)CBR貫入試驗(yàn)。分析其土質(zhì)改良后的CBR值變化規(guī)律，結(jié)合工程實(shí)際情況，得到最優(yōu)的改良配比。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)無(wú)側(cè)限抗壓與回彈模量試驗(yàn)由于沒(méi)有模具的約束，在增濕過(guò)程中直接浸水試樣崩解，故利用毛細(xì)作用進(jìn)行干濕循環(huán)?；诜圪|(zhì)黏土毛細(xì)水作用強(qiáng)烈的特征，干濕循環(huán)中的毛細(xì)作用可使試樣充分飽和，該方法可模擬干濕循環(huán)中的吸濕過(guò)程[20]。具體操作方法：將水池內(nèi)鋪滿透水石，放上濾紙，然后將稱重后的試樣置于濾紙上。達(dá)到干濕循環(huán)次數(shù)后增濕12 h，然后進(jìn)行室內(nèi)抗壓及回彈試驗(yàn)。 取無(wú)側(cè)限抗壓及回彈試驗(yàn)結(jié)束后試樣中心附近的部分土體，置于卡爾蔡司光學(xué)顯微鏡下放大320倍觀察并提取圖像信息。試驗(yàn)儀器及過(guò)程如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)儀器及過(guò)程Fig.2 Test equipment and process

表2 試驗(yàn)方案

2 試驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果

2.1 干濕循環(huán)作用下物理力學(xué)指標(biāo)的變化規(guī)律

圖3為素土CBR值隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律，由圖 3可以看出，未經(jīng)干濕循環(huán)的素土試樣CBR值均大于10%，能夠滿足公路工程中的使用要求。經(jīng)歷第1次干濕循環(huán)后2種齡期的CBR值分別降低了59.0%、59.7%，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，CBR值逐漸降低，經(jīng)歷第5次干濕循環(huán)時(shí)，7 d養(yǎng)護(hù)齡期試樣CBR值降低了75%，僅有2.84%(實(shí)際試驗(yàn)所得)已不再滿足最低工程要求[21]，經(jīng)歷11次干濕循環(huán)(干燥時(shí))時(shí)2種齡期的試樣均發(fā)生崩解(不再滿足試驗(yàn)條件，故15次干濕循環(huán))，CBR值為0(圖3)。通過(guò)上述分析可以看出，干濕循環(huán)對(duì)試樣的損傷非常嚴(yán)重。在寒旱交替頻繁地區(qū)有必要考慮土樣的改良。

圖 3 素土CBR值隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律Fig.3 The CBR value of plain soil changes with the number of drying-wetting cycles

圖4為7 d齡期水泥改良土干濕循環(huán)CBR值變化規(guī)律，由圖 4可以看出，7 d養(yǎng)護(hù)齡期的改良土試樣初始CBR值均較低，水泥摻量2%改良土試樣在第3次干濕循環(huán)后CBR值達(dá)到最大，為207%，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，CBR值逐漸降低并趨于穩(wěn)定，在15次干濕循環(huán)時(shí)降至最低，為105.28%。6%、8%摻量的水泥改良土在前5次干濕循環(huán)中CBR值持續(xù)增加，到第5次干濕循環(huán)時(shí)達(dá)到最大，分別為845%、971%，這是因?yàn)楦牧纪了鄵搅枯^多，養(yǎng)護(hù)齡期較短，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，水化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，試樣內(nèi)部水化修復(fù)作用修復(fù)了干濕循環(huán)所造成的損傷，因此CBR值逐漸增加。 5次干濕循環(huán)后水泥的水化作用逐漸降低，不足以修復(fù)干濕循環(huán)所造成的損傷，所以5次干濕循環(huán)后CBR值呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

圖4 7 d齡期水泥改良土隨干濕循環(huán)次數(shù)的CBR值變化規(guī)律Fig.4 Change rule of CBR value of cement-modified soil with the number of drying-wetting cycles at 7 d age

圖5為28 d齡期水泥改良土隨干濕循環(huán)CBR值變化規(guī)律，由圖5可以看出，在干濕循環(huán)作用下2%、4%水泥摻量改良土CBR值經(jīng)歷第3次干濕循環(huán)時(shí)達(dá)到峰值，比大水泥摻量改良土較早出現(xiàn)，2%水泥摻量改良土經(jīng)歷12次濕循環(huán)后試樣崩解。6%、8%水泥摻量改良土CBR值先增大后減小，經(jīng)歷第9次干濕循環(huán)后CBR值開始降低，這與前人的研究一致[22]，即28 d養(yǎng)護(hù)齡期水泥土仍留有較小部分水泥會(huì)在干濕循環(huán)過(guò)程中繼續(xù)發(fā)生水化作用。

圖5 28 d齡期水泥改良土隨干濕循環(huán)次數(shù)的CBR值變化規(guī)律Fig.5 Change rule of CBR value of cement-modified soil with the number of drying-wetting cycles at 28 d age

圖6為28 d齡期水泥改良土隨干濕循環(huán)回彈模量變化規(guī)律，由圖6可以看出，回彈模量隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而增加，經(jīng)歷第9次干濕循環(huán)時(shí)回彈模量達(dá)到最大，隨后降低。4%水泥摻量改良土在經(jīng)歷前2次干濕循環(huán)后趨于穩(wěn)定，反復(fù)的干濕循環(huán)使得未被凝結(jié)硬化的細(xì)顆粒土隨滲流水發(fā)生搬運(yùn)遷移，局部級(jí)配發(fā)生變化，試樣整體強(qiáng)度下降，與粗粒土經(jīng)干濕循環(huán)后的變化較為相似[23]。

圖6 28 d齡期水泥改良土隨干濕循環(huán)次數(shù)的回彈模量變化規(guī)律Fig.6 Change rule of springback modulus of cement-modified soil with the number of drying-wetting cycles at 28 d age

圖7為28 d齡期水泥改良土隨干濕循環(huán)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律，由圖7可以看出，28 d養(yǎng)護(hù)齡期4%水泥摻量的改良土隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加強(qiáng)度先增大后降低，在第3次干濕循環(huán)時(shí)達(dá)到峰值，為1.38 MPa，隨后遞減，在15次干濕循環(huán)時(shí)降至最低，為0.59 MPa。6%、8%水泥摻量的改良土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度先增加后降低，第9次干濕循環(huán)時(shí)達(dá)到峰值并隨后降低。

圖7 28 d齡期水泥改良土隨干濕循環(huán)次數(shù)的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律Fig.7 Change rule of unconfined compressive strength of cement-modified soil with the number of drying-wetting cycles at 28 d age

機(jī)理解釋：水泥摻量越高，各強(qiáng)度指標(biāo)峰值出現(xiàn)越遲，這是因?yàn)檩^高水泥摻量改良土的凝結(jié)硬化持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，峰值前，水泥水化反應(yīng)可以不斷地修復(fù)試樣內(nèi)部損傷，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的長(zhǎng)期增長(zhǎng)，而較低水泥摻量改良土在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后水泥水化所需的水泥量已經(jīng)消耗完畢，不能進(jìn)行水化修復(fù)試樣內(nèi)部所產(chǎn)生的損傷。因此各項(xiàng)指標(biāo)隨干濕循環(huán)先增加后降低，這與前人的研究一致[22]，即28 d養(yǎng)護(hù)齡期水泥土仍留有較小部分水泥會(huì)在干濕循環(huán)過(guò)程中繼續(xù)發(fā)生水化作用。

圖8為28 d回彈模量與CBR對(duì)比圖，其中折線為CBR值隨干濕循環(huán)的變化規(guī)律，柱狀為回彈模量隨干濕循環(huán)的變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn) 4%、6%、8%水泥摻量改良土的CBR值與回彈模量均隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加先增加后降低，變化趨勢(shì)較為相似，因此采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法做進(jìn)一步分析，通過(guò)公式(1)計(jì)算皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)發(fā)現(xiàn)，3種工況下皮爾遜系數(shù)值分別為0.828、0.897、0.925，比較接近1，同時(shí)相伴概率Sig.(通過(guò)SPSS軟件模擬得出)分別小于0.021、0.008、0.004，均在0.05級(jí)別內(nèi)，相關(guān)性顯著，說(shuō)明二者具有很好的相關(guān)性，結(jié)果見表3。

(1)

表3 回彈模量與CBR之間皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)Tab.3 Pearson product moment correlation coefficient between springback modulus and CBR

圖8 28 d回彈模量與CBR對(duì)比Fig.8 Comparison of 28 d springback modulus and CBR

圖9為回彈模量與CBR回歸分析曲線，已有研究表明，回彈模量與CBR之間滿足的函數(shù)關(guān)系為E=a(CBR)b。通過(guò)分析圖9的CBR值與回彈模量的回歸曲線發(fā)現(xiàn)，回彈模量隨CBR值的增加而增加，經(jīng)歷干濕循環(huán)的水泥改良土試樣仍然滿足上述函數(shù)關(guān)系，各參數(shù)見表3，圖9(a)—圖9(c)分別為不同水泥摻量下回彈模量與CBR值之間的關(guān)系曲線，陰影部分為95%置信區(qū)間。由圖9可以看出，干濕循環(huán)作用下4%水泥改良土決定系數(shù)(R2)稍低，為0.704，6%、8%水泥摻量改良土經(jīng)歷干濕循環(huán)后R2均超過(guò)0.80，說(shuō)明水泥改良土經(jīng)歷干濕循環(huán)損傷后的試樣滿足上述函數(shù)關(guān)系，且水泥摻量6%與8%的改良土比4%改良土函數(shù)的適用性高。

2.2 電子顯微鏡微觀分析

通過(guò)Carl Zeiss光學(xué)顯微鏡進(jìn)行微觀分析，制樣時(shí)取試樣破壞面附近的部分土體，置于光學(xué)顯微鏡下放大320倍進(jìn)行觀察并提取圖像信息。采用imageplus 8.0進(jìn)行圖像處理，如圖10所示。圖10中白色部分為試樣骨架，水泥改良土的初期強(qiáng)度主要靠水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生膠凝物質(zhì)的吸附作用。這些水化產(chǎn)物，在土的空隙中相互交織搭接，將土顆粒包裹連接起來(lái)，使土喪失原有的塑性等性質(zhì)，并且隨著水化產(chǎn)物的增加，混合料也逐漸堅(jiān)固起來(lái)。

圖9 回彈模量與CBR回歸分析Fig.9 Regression analysis of springback modulus and CBR

圖10是28 d齡期干濕循環(huán)作用下試樣微觀原圖，圖11是28 d齡期干濕循環(huán)作用下試樣微觀變化規(guī)律。由圖11(a)—圖11(c)可以看出，水泥改良土經(jīng)3次干濕循環(huán)后土顆粒比較松散，并伴有部分微小裂隙產(chǎn)生；當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到第9次后，在水化作用下試樣內(nèi)部骨架較為密實(shí)，顆粒排列定向性良好，整體呈現(xiàn)出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，試樣各項(xiàng)指標(biāo)均較高。前期干濕循環(huán)中由于存在水化反應(yīng)，所以試樣骨架面積增多，但骨架形狀多為顆粒狀，且在試樣表面可以看到很多較大的孔隙和裂隙，因此試樣的整體性遭受了一定的破壞。經(jīng)歷15次干濕循環(huán)后的改良土試樣中未出現(xiàn)明顯裂縫，骨架以粒狀為主，顆粒之間的聯(lián)結(jié)減弱，形成松散的結(jié)構(gòu)。在整個(gè)劣化過(guò)程中，前期骨架增多，占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，使得試樣強(qiáng)度一直增加，但是到了干濕循環(huán)后期，骨架基本不再增加，而試樣整體強(qiáng)度受裂紋影響為主，造成試樣以劣化為主要表現(xiàn)形式。因此隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，水泥改良土的損傷在不斷地增加。

水泥改良土的強(qiáng)度與水泥的摻量有很大的關(guān)系，水泥摻量的增加必然使水化產(chǎn)物增加，產(chǎn)生更多的膠凝物質(zhì)，增強(qiáng)吸附作用，由圖11(d)—圖11(i)可以看出，6%水泥摻量下的改良土土體單元排列緊密，定向性較好，骨架清晰可見，而8%水泥改良土更加密實(shí)，未出現(xiàn)明顯的顆粒狀骨架，但隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，2種水泥改良土試樣均出現(xiàn)少量貫通縫，且骨架由大塊絮狀物轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀，試樣各種性能均受到一定的影響。

由于回彈模量反映了改良土的剛度，而骨架是決定試樣變形的重要因素，因此將試樣的骨架面積與回彈模量進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)計(jì)算骨架面積的方法進(jìn)行分析。圖12為28 d齡期干濕循環(huán)作用下試樣骨架面積關(guān)系圖，其中折線為回彈模量隨干濕循環(huán)的變化規(guī)律，柱狀為骨架面積隨干濕循環(huán)的變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，二者均呈現(xiàn)先增加后降低的現(xiàn)象，骨架面積的變化趨勢(shì)與回彈模量的趨勢(shì)較為一致。采用上述數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析，通過(guò)公式(1)計(jì)算皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)發(fā)現(xiàn)，3種工況下皮爾遜系數(shù)值分別為0.998、0.997、0.991，非常接近1，同時(shí)相伴概率Sig.(通過(guò)SPSS軟件模擬得出)分別小于0.05、0.05、0.09，說(shuō)明二者具有很好的相關(guān)性，結(jié)果見表4。

圖13為骨架面積與回彈模量關(guān)系圖，圖像橫坐標(biāo)表示骨架面積，縱坐標(biāo)表示回彈模量，從而建立回歸曲線作進(jìn)一步分析，分析發(fā)現(xiàn)骨架面積和回彈模量經(jīng)過(guò)不同干濕循環(huán)劣化后，基本上分布在直線附近，說(shuō)明二者具有較好的線性相關(guān)性，且滿足以下函數(shù)關(guān)系

E=aA+b。

(2)

式中：A為骨架面積；a、b分別為擬合參數(shù)。

擬合參數(shù)見下表5。

圖10 28 d齡期干濕循環(huán)作用下試樣微觀原圖(320倍原圖)Fig.10 The Microscopic original images under the action of drying-wetting cycles at 28 d age (320 times original image)

圖 11 28 d齡期干濕循環(huán)作用下試樣微觀變化規(guī)律(320倍處理后)Fig.11 The microscopic changes of samples under the action of drying-wetting cycles at 28 d age (320 times after treatment)

圖12 28 d齡期干濕循環(huán)作用下試樣骨架面積關(guān)系圖Fig.12 The relationship between the skeleton area of the sample under the action of drying-wetting cycles at 28 d age

表4 骨架面積與回彈模量的皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)Tab.4 Pearson product moment correlation coefficient of skeleton area and springback modulus

圖13 骨架面積與回彈模量關(guān)系圖Fig.13 The relationship between the skeleton area and the springback modulus

2.3 力學(xué)性能指標(biāo)綜合分析及應(yīng)用

圖14為7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與干濕循環(huán)之間的關(guān)系，由圖14可以看出，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，不同水泥摻量的改良土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度先增加后降低，在第9次干濕循環(huán)時(shí)達(dá)到最大，分別是0.91、3.14、3.47 MPa。4%水泥摻量的改良土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度位于圖形的最低端，明顯低于6%、8%水泥摻量改良土，說(shuō)明無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度受水泥摻量的影響較大。6%與8%水泥改良土的變化趨勢(shì)一致，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度先增加后減小，在第9次干濕循環(huán)時(shí)達(dá)到峰值，說(shuō)明隨著干濕次數(shù)的增加、時(shí)間的延長(zhǎng)，干濕循環(huán)劣化占主導(dǎo)地位，但是水泥的水化作用對(duì)于強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不會(huì)消失。

表5 擬合參數(shù)

圖14 7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與干濕循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系Fig 14 The relationship between 7 d unconfined compressive strength and the number of drying-wetting cycles

圖15為90 d回彈模量與干濕循環(huán)之間的關(guān)系曲線，由圖15可以看出，水泥摻量大的改良土經(jīng)歷第1次干濕循環(huán)時(shí)回彈模量有較大降幅，第9次干濕循環(huán)后，回彈模量的降低速度有所減緩，說(shuō)明前9次干濕循環(huán)對(duì)回彈模量的損失值較大，后幾次的干濕循環(huán)對(duì)試樣的損傷有所降低。而4%水泥改良土經(jīng)歷3次干濕循環(huán)后逐漸趨于穩(wěn)定，說(shuō)明水泥摻量越大，試樣塑性越低，整體性越高，在經(jīng)歷干濕循環(huán)過(guò)程中，對(duì)試樣的整體性破壞較大，回彈模量的降幅也較大；而水泥摻量較小的試樣整體性差，保留有部分塑性，因此在高溫收縮的過(guò)程中受到的損傷較小。但是大劑量水泥改良土經(jīng)歷干濕損傷后彈性模量明顯要高于低劑量水泥改良土。

6%、8%水泥改良土干濕循環(huán)過(guò)程中7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在第1次干濕循環(huán)中出現(xiàn)的最低值分別為1.58、1.81 MPa，15次干濕循環(huán)時(shí)回彈模量出現(xiàn)的最低值分別為165、290 MPa，均滿足公路路基填筑要求。

圖15 90 d回彈模量與干濕循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系Fig.15 The relationship between the 90 d springback modulus and the number of drying-wetting cycles

目前CBR值在改良土中尚未有明確的規(guī)定，結(jié)合路基填料[24]、碎石材料[25]的填筑標(biāo)準(zhǔn)以及7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，90 d回彈模量綜合分析，建議水泥改良土7 d的CBR值以370%作為參考，28 d的CBR值以500%作為參考。 2%、4%、6%、8%水泥改良土均可作為路基填料，改良處置后的土樣各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)大于素土，由于2%水泥改良土在干濕循環(huán)過(guò)程中完整性遭到破壞，6%水泥改良土的各項(xiàng)指標(biāo)比4%水泥改良土有較大幅度的提高，因此，建議在多雨地區(qū)利用水泥改良土處置不良土樣時(shí)以6%水泥摻量作為參考。

3 結(jié)論

本研究利用水泥改良土模擬水汽交換下的力學(xué)試驗(yàn)，得到經(jīng)歷干濕循環(huán)后的回彈模量與CBR值指標(biāo)的函數(shù)關(guān)系，參考現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)改良土7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度以及90 d回彈模量對(duì)比分析，提出水泥改良土在經(jīng)歷干濕循環(huán)以后CBR的參照基準(zhǔn)，綜合分析得出以下結(jié)論。

(1)水泥改良土經(jīng)歷干濕循環(huán)后的CBR值與回彈模量滿足E=a(CBR)b的函數(shù)關(guān)系，且6%與8%水泥摻量的改良土比4%水泥摻量的改良土滿足性更高。

(2)養(yǎng)護(hù)齡期較短的水泥改良土受干濕循環(huán)損傷作用不明顯，水泥改良土對(duì)早期外界帶來(lái)的損傷具有一定的修復(fù)作用。

(3)通過(guò)微觀與宏觀對(duì)比分析得出,28 d養(yǎng)護(hù)齡期的改良土試樣經(jīng)干濕循環(huán)后骨架面積的變化趨勢(shì)與回彈模量較為一致，即隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加骨架面積先增大后減小，骨架排列方式也隨之改變。

(4)通過(guò)7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、90 d回彈模量及相關(guān)規(guī)范的綜合分析，建議水泥改良土7 d的CBR值以370%作為參考，28 d的CBR值以500%作為參考。6%水泥改良土的各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)大于素土，建議在多雨地區(qū)使用水泥改良土處置不良土樣時(shí)，以6%水泥改良土作為參考。