黄土工程压实土-原状土接触面强度特性研究

黄土工程压实土-原状土接触面强度特性研究为缓解用地紧张和防止水土流失等问题,我国在黄土高原地区开展了大量的治沟造地、淤地坝等工程。在工程过程中由于土方开挖和回填,形成了大面积的挖方区和填方区。

由于挖方区的原状土和填方区的压实土存在固结变形系数、厚度和结构等不一致,导致地表往往出现不均匀沉降现象,加之降水冲刷和地下水渗流等作用,在接触面区常常产生裂缝、冲沟等破坏,长期作用下甚至会产生滑坡、地陷等破坏。因此,压实土和原状土的接触面是保持黄土地区挖填方工程稳定的关键部位。

本文以延安地区黄土为研究对象,采用固结试验和直剪试验等方法,研究了含水率、压实度对原状土和压实土接触面的强度特性及其影响规律,分析了石灰剂量和养护龄期对原状土和石灰固化压实土接触面的影响,并通过扫描电镜试验从微观结构揭示了石灰固化土的固化机理。研究结论如下:(1)压实黄土压实度越大,压缩应变越小。

含水率越高,压缩应变越大,但含水率对于压缩性的影响会随着压实度的提高而减小。压实黄土的ε-p关系曲线符合双曲线形式。

黄土的抗剪强度呈现明显的应变硬化,随着时间延长,原状黄土和压实黄土的不均匀变形的累积效应最终会导致接触面破坏。(2)原状黄土-压实黄土接触面的内摩擦角和黏聚力随压实度的增大而增大,随含水率增大而减小。

相比在压实度减小的条件下,含水率增加会显著降低其抗剪强度指标。压实黄土的抗剪强度指标始终大于接触面抗剪强度指标。

同一压实度条件下,含水率增大会逐渐降低二者抗剪强度指标的差值,当含水率较高时,差值几乎为零。在含水率增大的过程中,压实土内摩擦角的强度骤减

会稍滞后于接触面的内摩擦角。

(3)原状黄土-石灰土接触面的内摩擦角随石灰掺量增加而增大,且在2%掺量下增幅显著,黏聚力随石灰掺量增加而增大,且在4%掺量下增幅显著。含水率较低时易于发挥石灰的加固作用,并有利于发挥石灰土接触面的后期强度。

(4)原状黄土-石灰土接触面的应力应变关系曲线随石灰掺量的增加逐渐由应变硬化变化为应变软化,当石灰掺量大于6%后表现出脆性。龄期对于石灰土接触面抗剪强度影响较为显著,前期和后期增幅较小,7-14天期间增幅较显著。

(5)扫描电镜试验结果表明,原状黄土-石灰土接触面的结构性和架空孔隙结构随着石灰掺量增大和龄期增加有明显改善。原状黄土-石灰土接触面抗剪强度的形成原因主要是由于离子交换作用、碳酸化作用和灰结作用。