花崗巖殘積土廣泛分布于漢中市城固縣，在外力和降雨條件下易產(chǎn)生滑坡危險。擬通過摻入黏土的方式對其抗剪強度和壓實特性進行改良。試驗結(jié)果表明，30%黏土摻量的改良土可有效提升花崗巖殘積土抗剪性能，并滿足路基壓實度要求。

花崗巖殘積土； 黏土； 抗剪強度； 壓實特性； 滑坡

TU411.3A

［定稿日期］2023-05-09

［基金項目］ 陜西省重點研發(fā)計劃項目（項目編號：2023-YBSF-324）；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目（項目編號：202210720001）

［作者簡介］任浩（2002—），男，在讀本科，研究方向為巖土工程。

［通信作者］郭鴻（1984—），男，博士，副教授，研究方向為顆粒物質(zhì)力學(xué)、巖土工程理論及數(shù)值模擬。

0 引言

花崗巖殘積土具有強度低、高液性、遇水軟化、易崩解等特性，在降雨條件下常發(fā)生路基變形、邊坡失穩(wěn)、甚至災(zāi)難性滑坡等危險狀況。全風(fēng)化花崗巖在西北地區(qū)分布廣泛，是常見的工程建設(shè)原材料。近年來，因花崗巖殘積土土體穩(wěn)定性差引發(fā)的問題日漸增多。全風(fēng)化花崗巖易崩解的原因為土體內(nèi)部存有大量的原生裂隙，并容易在外力和降雨條件下產(chǎn)生次生裂隙，表現(xiàn)為土體性質(zhì)不均一，土體含水率增大時易軟化碎裂［1］，從而產(chǎn)生滑坡等危險。

朱曉勇等［2］采取的技術(shù)方案使花崗巖邊坡安全穩(wěn)定，85%以上坡面植已修復(fù)，廢棄道路得到整理利用，改善了礦山生態(tài)環(huán)境和景觀面貌，提升了環(huán)太湖風(fēng)景區(qū)的生態(tài)環(huán)境品質(zhì)。 潘永亮等［3］建立了Green-Ampt模型對花崗巖邊坡進行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明：降水量相同、不考慮坡面沖刷的情況下，降雨強度略大于土體飽和滲透系數(shù)的條件下濕潤鋒遷移深度最大、邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降低最多。Sun等 ［4］采用干濕循環(huán)崩解儀對改良花崗巖殘積土的崩解特性進行研究，并分析其改良原理。結(jié)果表明，當崩解力大于全風(fēng)化花崗巖的抗崩解力時，發(fā)生崩解。湯連生等［5］采用干濕循環(huán)崩解測試儀對花崗巖殘積土進行崩解試驗，結(jié)果顯示，添加固化劑能有效增強花崗巖殘積土的抗崩解性，摻入高嶺土對花崗巖殘積土進行改良較為環(huán)保。劉文駿等［6］通過大量三軸和崩解試驗得出6%水泥摻入量可有效提升花崗巖殘積土的抗剪強度和耐崩解性，可應(yīng)用于實際工程。劉勝等［7］通過室內(nèi)試驗與理論分析得出摻入粉煤灰可大幅度提高花崗巖殘積土的強度，降低崩解率，且時間越長改良效果越優(yōu)。

針對全風(fēng)華花崗巖易崩解的特性，眾多學(xué)者采取有效措施分析、改良花崗巖殘積土特性，并取得了巨大成果。但采用一種成本低、抗剪強度高的黏土改良花崗巖殘積土，并應(yīng)用于路基填筑的研究較少。本文擬通過向花崗巖殘積土中添加不同比例的黏土，采用擊實和直剪試驗對改良土進行分析，分析室內(nèi)試驗及軟件模擬的結(jié)果。本文的研究成果對改良花崗巖殘積土抗剪強度及路基填筑具有可靠的借鑒意義。

1 土樣參數(shù)及試驗方案

1.1 土樣參數(shù)

試驗中所用花崗巖殘積土采自漢中市城固縣邊坡花崗巖生長較好的地方，根據(jù)現(xiàn)場勘測情況及室內(nèi)試驗分析，該花崗巖殘積土屬黏性砂?；◢弾r殘積土呈灰白色、分布不均勻、自然含水量高、抗剪強度低等特點。將取回的花崗巖殘積土進行自然風(fēng)干、碾碎，過2 mm篩，測量花崗巖殘積土的一些基本物理指標，如表1所示。

試驗所用黏土，采自花崗巖殘積土附近的邊坡。土體內(nèi)含鈣量高，經(jīng)過雨水滲透已有分層現(xiàn)象，所用的黏土的基本物理參數(shù)見表2。

1.2 試驗方案

本次試驗擬定于向花崗巖殘積土中摻入定量黏土，采用控制變量法分別配制0%、10%、20%、30%、40%、100%黏土含量的改良土試樣。改良土試樣為最優(yōu)含水率，得到黏土對花崗巖殘積土的改良效果。

1.2.1 擊實性能

根據(jù)擊實試驗規(guī)范，將5種不同黏土摻量的改良土以最優(yōu)含水率為基準，制備土樣共5組，每組取4種不同含水率，共20個試樣。擊實試驗開始前用保鮮膜將試樣密封24 h，試驗時，將試樣按總質(zhì)量均分為二份，每鋪一份后均用擊錘按落距15 cm和20擊數(shù)錘擊土樣，待試樣固定后稱重、計算。

1.2.2 直剪試驗

本次試驗擬采用最優(yōu)含水率6.72%的花崗巖殘積土試樣，通過添加不同摻量的黏土來測得抗剪強度指標的變化。用底面積為30 cm2、高2 cm的環(huán)刀分別切取黏土含量為0%、10%、20%、30%、40%、100%的花崗巖殘積土的改良土試樣各4組，共20個改良土試樣。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 改良土擊實試驗數(shù)據(jù)分析

通過擊實試驗，計算不同黏土比例摻量的改良土最大干密度及最優(yōu)含水率與黏土比例摻量曲線關(guān)系見圖1、圖2、表3。

對不同黏土摻加比例下的改良土進行了擊實試驗，得到的最優(yōu)含水率及最大干密度曲線如圖2所示。 分析圖2，黏土比例小于30%時，改良土最大干密度曲線隨黏土比例增大而快速上升。當黏土比例大于30%、40%時，最大干密度曲線呈現(xiàn)減少趨勢，30%、40%黏土比例的改良土改良效果最優(yōu)。研究發(fā)現(xiàn)，當黏土摻入比例小于30%、40%時，由于黏土不能完全嵌入花崗巖殘積土的空隙，故最大干密度曲線顯著升高；當黏土摻入比例大于30%、40%時，由于黏土與花崗巖殘積土顆粒之間產(chǎn)生摩擦力，定向排列，孔隙被壓縮［8］，因此改良土的最大干密度呈降低趨勢。

2.2 改良土直剪試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)直剪試驗數(shù)據(jù)，利用庫侖定律分別計算出不同黏土摻量改良土土樣在100 kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa圍壓的抗剪強度，利用庫侖定律計算得不同黏土摻量土樣的內(nèi)摩擦角和黏聚力參數(shù)見表4。

在最優(yōu)含水率狀態(tài)下，分析表4未摻入黏土的花崗巖殘積土直剪試驗數(shù)據(jù)得，純花崗巖殘積土的抗剪強度參數(shù)都較低，此狀態(tài)下的土樣表面多處脫落掉塊且黏聚力較小。

隨著黏土的摻入，改良土的抗剪強度指標顯著升高。由表4可知，黏土對花崗巖殘積土剪切強度的改良效果存在一個顯著摻量點約為30％。當改良土中黏土比例大于30%，改良土的剪切性能提升幅度較小，故建議花崗巖殘積土邊坡修復(fù)采用30%黏土摻量的改良土。

分析不同黏土摻量的改良土的直剪試驗數(shù)據(jù)如圖3所示。

分析圖3，當正應(yīng)力小于200 kPa時，30%黏土和100%黏土的剪應(yīng)力曲線呈快速上升趨勢。正應(yīng)力大于200 kPa且小于400 kPa時，30%黏土曲線表現(xiàn)先緩慢增長，隨后顯著上升趨勢，0%黏土曲線線性增長趨勢。正應(yīng)力大于400 kPa時，分析線性擬合曲線推測，30%黏土的改良土改良效果最優(yōu)。

3 結(jié)論

分別以 0、10%、20 %、30 %、 40 %和100%的黏土摻加比例對花崗巖殘積土進行改良試驗，通過擊實試驗計算出不同黏土摻量的改良土最優(yōu)含水率、最大干密度數(shù)值。

采用直剪試驗得到的改良土主要力學(xué)性能參數(shù)，最終找到了黏土改良花崗巖殘積土的最佳摻加比例，即當黏土的摻加比例達到30%時，花崗巖殘積土的抗剪強度最優(yōu)，最大干密度和施工壓實度等力學(xué)性能完全符合工程規(guī)范。該技術(shù)適用于市政道路、路基填筑等涉及填方施工的工程，有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

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