胡永亮

(遼寧省公路勘測(cè)設(shè)計(jì)公司 沈陽(yáng)市 110006)

0 引言

紅黏土集中分布在中國(guó)南方地區(qū),分布面積達(dá)到了108×104km2[1-3],因此在實(shí)際道路工程中,不可避免的會(huì)碰到紅黏土。紅黏土在正常情況下強(qiáng)度能夠達(dá)到路基填料的要求,但是由于紅黏土中含有高嶺石、蒙脫石和伊利石等親水礦物[4],使其水穩(wěn)定性較差,過(guò)多的水會(huì)使紅黏土強(qiáng)度快速衰減[5],導(dǎo)致紅黏土路基發(fā)生崩裂、滑坡等工程地質(zhì)災(zāi)害[6]。

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度是表征土強(qiáng)度最重要的指標(biāo)之一,因此很多學(xué)者對(duì)紅黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了研究。陳議城、方娟和王海湘等[6-8]研究了含水率對(duì)紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響,方娟和王海湘研究發(fā)現(xiàn)紅黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著含水率的增加呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律,陳議城研究發(fā)現(xiàn)隨著含水率的增加紅黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)連續(xù)減小的規(guī)律,且通過(guò)擬合發(fā)現(xiàn)含水率和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈指數(shù)型關(guān)系。徐科宇[9]研究了干密度對(duì)紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響,研究發(fā)現(xiàn)隨著紅黏土干密度的增加,紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。

基于此,以三明將樂(lè)動(dòng)車(chē)站右側(cè)的紅黏土作為研究對(duì)象,通過(guò)室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),獲得不同含水率和不同壓實(shí)度條件下紅黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù),探討不同含水率和不同壓實(shí)度對(duì)紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響,以期為實(shí)際公路工程提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)紅黏土取自福建省三明將樂(lè)動(dòng)車(chē)站附近,通過(guò)界限含水率試驗(yàn)可知,該場(chǎng)地紅黏土塑限32.10%、液限63.56%、塑性指數(shù)31.46。通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)可知,該場(chǎng)地紅黏土最大干密度1.662g.cm-3,最佳含水率為23%。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)以含水率和壓實(shí)度作為變量,含水率以最佳含水率為基準(zhǔn),按3%上下浮動(dòng),選擇四個(gè)含水率數(shù)值進(jìn)行試驗(yàn),壓實(shí)度分別選擇86%、90%、93%作為數(shù)值進(jìn)行試驗(yàn),具體試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)方案

1.3 試驗(yàn)方法

將紅黏土風(fēng)干碾碎,過(guò)2mm篩,按照規(guī)定含水率加水均勻拌和,然后將拌合土裝入袋子中靜置24h,保證水分均勻遷移,最后根據(jù)規(guī)定壓實(shí)度將土樣制成3.91cm×8cm的三軸試樣,將試樣在恒溫恒濕條件下養(yǎng)護(hù)28d,根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GBT 50123—2019)中的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)[10]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)可以得到應(yīng)力與應(yīng)變曲線關(guān)系圖,根據(jù)所得到的關(guān)系圖,可以得到其峰值處的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,也可以得到其試驗(yàn)結(jié)束后的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱(chēng)殘余強(qiáng)度),以這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)分析含水率和壓實(shí)度對(duì)紅黏土力學(xué)性能的影響,試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 三明紅黏土強(qiáng)度特性

2.1 不同含水率對(duì)紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度的影響分析

以含水率作為x軸,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度作為y軸,變化規(guī)律如圖1、圖2所示。

圖1 不同含水率下紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

圖2 不同含水率下紅黏土殘余強(qiáng)度變化規(guī)律

由圖1和圖2可知:

(1)三明地區(qū)紅黏土在不同含水率條件下無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度變化趨勢(shì)大致相同。

(2)紅黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均隨著含水率的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì),當(dāng)含水率達(dá)到最佳含水率時(shí)二者達(dá)到最大值。

(3)當(dāng)紅黏土含水率為20%時(shí),無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度最低。

(4)當(dāng)含水率從26%變到29%時(shí),紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度變化幅度最小。

之所以無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度在不同含水率條件下會(huì)呈現(xiàn)出這種規(guī)律,主要是因?yàn)楫?dāng)土中含水率較低時(shí),土中顆粒的膠結(jié)物質(zhì)較少,土顆粒無(wú)法較好的黏結(jié)在一起,導(dǎo)致土體難以被壓實(shí)。當(dāng)含水率達(dá)到最佳含水率的時(shí)候,土顆粒容易膠結(jié)在一起,并且由于水的潤(rùn)滑作用,使土顆粒直剪的摩擦力減小,土顆粒容易被移動(dòng)壓實(shí)。但是當(dāng)含水過(guò)多時(shí),土顆粒之間的結(jié)合水膜過(guò)厚,又導(dǎo)致土顆粒難以被壓實(shí),導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

2.2 不同壓實(shí)度對(duì)紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度的影響分析

以壓實(shí)度作為x軸,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度作為y軸,變化規(guī)律如圖3、圖4所示。

圖3 不同壓實(shí)度下紅黏土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

圖4 不同壓實(shí)度下紅黏土殘余強(qiáng)度變化規(guī)律

由圖3和圖4可知:

(1)三明地區(qū)紅黏土在不同壓實(shí)度條件下無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度變化趨勢(shì)大致相同。

(2)紅黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均隨著壓實(shí)度的增大而增大。

(3)當(dāng)含水率為20%時(shí),紅黏土在三種壓實(shí)度下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均是最小值。

當(dāng)含水率為最佳含水率23%時(shí),紅黏土在三種壓實(shí)度下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均達(dá)到最大值,且兩種強(qiáng)度的增加幅度也最大。

之所以無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度在不同壓實(shí)度條件下會(huì)呈現(xiàn)出這種規(guī)律,主要是因?yàn)楫?dāng)壓實(shí)度較小時(shí),土顆粒之間的接觸較為稀疏,會(huì)導(dǎo)致土體內(nèi)部的孔隙過(guò)多,并且存在較大孔隙,這會(huì)導(dǎo)致土樣的完整性較差,最終結(jié)果就是無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度偏低;當(dāng)壓實(shí)度較大時(shí),土顆粒之間緊密接觸,土體內(nèi)部的大孔隙幾乎消失,土樣的完整性較好,最終結(jié)果就是無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度變大。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)三明將樂(lè)地區(qū)紅黏土進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),以無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度作為指標(biāo),分析不同含水率和不同壓實(shí)度條件下紅黏土力學(xué)性能的變化規(guī)律,得到以下結(jié)論:

(1)紅黏土的力學(xué)性能同時(shí)受到含水率和壓實(shí)度兩個(gè)方面的影響。

(2)紅黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度隨著含水率的增加呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。

(3)紅黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度隨著壓實(shí)度的增加呈現(xiàn)持續(xù)增大的規(guī)律。

(4)當(dāng)含水率達(dá)到最佳含水率的時(shí)候,紅黏土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均達(dá)到最大值,此時(shí)紅黏土的力學(xué)性能最好。