膨胀土特性及处治研究

第23卷 第2期重 庆 交 通 学 院 学 报2004年4月Vo1 23No 2JOURNAL OF C HONGQI NG JIAOTONG UNIVE RSI TY Apr.,2004

成都龙泉驿地区膨胀土特性及处治研究

严国全,1 许仁安,2 何兆益1

(1.重庆交通学院土木建筑学院,重庆400074;2.重庆市公路局,重庆400067)

摘要:分析研究了成都龙泉驿地区膨胀土的界限含水量、最大干密度、最佳含水量以及膨胀力 干密度、膨胀力 含水量、有效粘聚力 含水量等之间的关系,探讨了4种固化剂改良方法 石灰、水泥石灰、SB T及STX对改善膨胀土最佳含水量、无侧限抗压强度及膨胀率等的影响.

关 键 词:膨胀土;膨胀力;膨胀率;无侧限抗压强度

中图分类号:U412 22+1 文献标识码:B 文章编号:1001 716X(2004)02 0102 05

膨胀土是指土中含有较多的粘粒及其亲水性较强的蒙脱石或伊利石等粘土矿物成分,具有遇水膨胀、失水收缩的一种特殊膨胀结构的粘质土,鉴于膨胀土具有胀缩性、遇水崩解性、超固结性、易风化性、多裂隙性及强度衰减等特性,利用膨胀土作为路基填料,其压实后的膨胀土与原状结构膨胀土的工程性质有很大不同[1].通常,较强膨胀性的土不得作为填料用土.为了充分利用当地膨胀土,保证路基的强度、刚度和稳定性,需要对当地膨胀土进行分析和研究,提出必要的处治措施,使其具有最小的膨胀率和足够的强度,满足路基设计要求.1 膨胀土特性

1.1颗粒分析

膨胀土颗粒粒径小于0 074mm的细粒成分含量较高,颗粒成分以粘粒为主,一般为高分散性土.遇水后膨胀量大,失水后干缩严重,反复胀缩变形容易导致裂缝的产生.组分分析按公路土工试验规程!(JTJ051 93)颗粒分析试验进行,粒径大于0 074mm的土采用筛分法,粒径小于0 074mm的土采用比重计法,其颗粒组分试验结果见表1.

表1 颗粒组分结果

粒 径(mm)520 50 250 0740 050 0050 002小于该粒径土质量百分数(%)10099 999 799 698 4945241

1.2阿氏限度(塑、液限)

界限含水量是膨胀土工程性质中很重要的一个指标.膨胀土的膨胀潜势S与塑性指数I P存在密切的相关性,土的胀缩一般在塑性指数界定的含水量范围内发生.塑液限试验采用光电联合测定仪[2],测定得出:液限(W L)为55,塑限(W P)为24,塑限指数(I P)为31.根据我国特殊土在塑性图上的分布,该膨胀土属于高液限粘土(C HE),公路沥青路面设计规范规定,当液限大于40%,塑性指数大于18时,属于不稳定的不良筑路材料,应考虑土质特性与自然环境对土基湿度、干密度的影响,控制土的稠度,进行最佳压实,达到要求的压实度,以保证路基的强度与稳定性[3].1.3最佳含水量与最大干密度

最大干密度和最佳含水量对保证路基的性能有很大的关系,对控制路基压实起着非常重要的作用.在实验室采用干土法(土不重复使用),按四分法准备7个试样,分别加入不同水分,拌匀后闷料一夜.采用标准击实仪: 15 2∀12试筒,击实功2677 2kJ m3,每层击98次,分3层进行重型击实,得到不同含水量下干密度,见图1.由干密度 含水量关系曲线图可以得出:此种膨胀土最大干密度1 82g c m3,最佳含水量14%

1.4膨胀力

膨胀力是指土体的体积膨胀受到限制时吸水后

收稿日期:2003 04 21;修订日期:2003 06 26

作者简介:严国全(1978-),男,湖北鄂州人,硕士生,从事路基路面材料与结构综合分析研究.

图1 不同含水量时干密度试验结果

所产生的内应力.土体受膨胀作用后,产生膨裂,结构受到破坏,膨胀力作用及土体结构破坏对降低抗

剪强度作用十分显著[4]

.膨胀力与含水量和干密度有密切关系,当路基土各处干湿不同,密度不均匀,并受到上层结构及周围土体的抑制作用时,膨胀力变化大,产生微裂破损,影响路基的正常工作状况

.

图2 不同干密

度时膨胀力结果

图3 不同含水量时的膨胀力

膨胀力的测定,在室内将不同含水量(2% 3%递增)的土样,分成3层,按不同的击实次数(30、50和98次)进行击实,得到不同含水量和干密度下的试样.采用固结仪,附杠杆式加压设备.为了加荷方便准确,宜用铁砂荷盛砂桶代替砝码荷吊盘.做3组平行试验,测定膨胀力的大小,膨胀力与干密度关系见图2.,膨胀力与含水量关系见图3.从图2中可以看出:膨胀力随着干密度的增加而增加.从图3中可以看出膨胀力 含水量关系曲线与干密度 含水量关系曲线类似.当含水量为最佳含水量14%,干密度为最大干密度1 82g c m 3

时,其膨胀力较大,其潜在开裂的危险也较大,这在工程中是应该重视的.1.5膨胀速度

膨胀土的膨胀速度以膨胀率与时间关系曲线表

征,它密切关系着一定时段内土体强度降低值的大

小,从而影响施工程序.该试验所做的膨胀率是指在无荷载有侧限条件下,标准重型击实土样浸水后在高度方向上的单向膨胀与原高度的比值.膨胀速度的快慢与初始含水量有关.在实验室,利用膨胀仪,采用最佳含水量14%的标准重型击实土样,做3组平行试验,其膨胀率与时间的关系见图4.从中可以看出,2~3d 左右膨胀达到平衡状态.

图4 膨胀率随时间关系

1.6有效粘聚力

含水量的大小对膨胀土的抗剪强度有很大的影响.当含水量较低时,膨胀土的抗剪强度较高.含水量达到较高数值时,抗剪强度很小.膨胀土一般内摩擦角较小,有效粘聚力对其强度影响较大.从提高强度观点来看,施工及工后对水分的控制非常重要.有效粘聚力关系与含水量之间存在一定关系,这与太

沙基早年曾提出的理论相符[5]

.有效粘聚力与含水量关系见图5.

图5 有效粘聚力与含水量关系

2 改良方法

2.1不同石灰配比(石灰#干土)改良结果分析2.1.1不同石灰配比的最大干密度和最佳含水量

最大干密度和最佳含水量是控制施工的重要指标,在实验室采用丙类试验方法,按四分法准备6个试样,分别加入不同水分,拌匀后闷料一夜.采用标准击实仪:锤的质量4 5kg ,锤击面直径5cm ,落高

45cm ,试筒 15 2∀12,击实功2677 2kJ m 3

,每层击

98次,分3层进行标准重型击实[6]

,得到不同含水量下干密度,得出不同石灰配比下最大干密度和最佳含水量,试验结果见表2.

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