壓實度對高液限粘土力學性質影響分析

孫云飚

(沈陽眾磊道橋有限公司)

1 引 言

在公路工程路基填筑過程中，路基填土后經過碾壓到一定壓實度后才能保證路基整體穩定性，對碾壓進行碾壓不僅可以減小路基的沉降，同時提高土集抗剪強度，路基填筑材料的土質類別、級配組成、顆粒強度等直接影響路基填筑質量及碾壓效果，對路基整體穩定性、在車輛荷載作用下路基變形及破壞形式起到決定性作用，因此在路基施工過程中路基填筑和路基壓實對于路基施工時重要的兩個施工工序，通過試驗研究不同壓實度對高液限粘土力學性質影響用于指導高液限粘土施工。

2 壓實度對高液限粘土力學性質分析

2.1 不同壓實度CBR 值

為了分析不同壓實度情況下CBR 變化規律。分別按照壓實度90%、93%、95%、98%和100%進行成型試件，成型試件采用靜力壓實方法進行，成型試件時含水量按照擊實試驗確定最佳含水量及最大干密度控制計算出不同壓實度情況下，每個試件按照配合比確定的每種材料質量和水進行稱重。試件成型后將將未脫模的試件浸泡在水中96 h 后，進行CBR 試驗采用路面強度儀進行。試驗結果見圖1 所示。

圖1 不同壓實度條件下土體CBR 值

從圖1 數據可以看出隨著壓實度逐步增大，路基土的密實度逐步增加，加州承載比相應提高，規范規定不同路基填筑層對CBR 值要求也不同，本試驗所得數據偏低，CBR 值不能達到上路床填挖方路段最低要求，為了能夠保證CBR 值達到規范要求，在適當提高壓實度情況下保證CBR 大幅度提升，當土體壓實度控制在93%時CBR 值近似與提高一倍。為滿足高等級公路路基對CBR 要求要提高路基各個結構層壓實度。

2.2 不同壓實度下抗壓強度試驗

在進行無側限抗壓強度試驗，采用靜壓成型圓柱形試件15 cm×15 cm。按照壓實度90%、93%、95%、98%和100%進行靜壓成型，成型試件時含水量按照擊實試驗確定最佳含水量及最大干密度控制計算出不同壓實度情況下每個試件按照配合比確定的每種材料質量和水進行稱重，為研究試件放置時間水分散失，將成型試件放入養生室進行養生，濕度為95%，溫度為30 ℃，將試件養生3 d、6 d、12 d、15 d 和18 d 后進行無側限抗壓強度試驗。結果見圖2 所示。

圖2 不同壓實度、不同放置時間下抗壓強度

由圖2 可以看出對試件進行加載過程中，隨著加載荷載的增加，試件破壞首先出現在試件頂面，隨著荷載逐步加大，試件頂面開始出現側向膨脹，隨后在短時間內試件四周出現微小側向裂縫，側向裂縫逐步加大，隨著繼續加載試件上裂縫開始擴張，試件豎向裂縫接近貫通最終破壞，此時應力環上百分表指針停止轉動。

在壓實度相同情況下，試件隨著放置時間越長無側限抗壓強度逐步下降，對于不同壓實度情況下試件隨著放置時間越長無側限抗壓強度下降幅度存在一定變化，壓實度越大下降趨勢越緩慢。

圖3 不同壓實度下抗壓強度

從圖3 可以看出隨著壓實度逐步增加，抗壓強度逐步增大，放置時間越短抗壓強度越大，試驗數據整體出現線性變化趨勢。

2.3 不同壓實度下試件抗剪強度

為了研究試件抗剪強度，按照最大干密度和最佳含水量制備壓實度90%、93%、95%、98%、100%不等的試件，試件成型后放入濕度95%左右，溫度30 ℃養護箱中，分別對養生3 d、6 d、12 d、15 d 和18 d 試件進行抗剪強度試驗。結果見圖4 所示。

圖4 不同壓實度、不同放置條件下粘聚力

從圖4 可以看出當壓實度較高時隨著放置時間延長粘聚力逐步較小，粘聚力降低的幅度小;當壓實度較低時隨著放置時間延長粘聚力逐步較小，但粘聚力降低幅度較大;相同條件下土體壓實度增加時土顆粒間粘聚力逐漸增大。

圖5 不同壓實度、不同放置條件下的內摩擦角

圖5 可以看出當壓實度不變情況下，試件內摩阻角隨著放置時間越長呈現下降趨勢且壓實度越小下降幅度越大。

不同壓實度土體中粘聚力和內摩阻角都發生變化。試驗中粘聚力變化幅度比內摩阻角變化幅度要小，因此可以得出土體密實程度變化直接影響土體內內摩阻角。

2.4 不同壓實度回彈模量試驗

為了研究不同壓實度下回彈模量變化情況，按照最大干密度和最佳含水量制備壓實度為90%、93%、95%、98%、100%試件，每組為三個相同試件，試件成型后放入濕度95%左右，溫度30 ℃養護箱中，對養生18 d 試件進行抗剪強度試驗，試驗采用5 cm 承載板，測試中分級加載并記錄數據，根據承載板單位壓力和回彈變形之間變化規律關系計算土體回彈模量。結果見圖6 所示。

圖6 不同壓實度下抗壓回彈模量

由圖6 可以看出不同壓實度與抗壓回彈模量之間關系曲線方程為

y=0.592X2+3.903 8X +22.496，其中0.593 代表不同壓實度對抗壓回彈模量敏感性，節距22.496 代表壓實度對抗壓回彈模量影響程度。

3 結 論

本文通過壓實度對高液限粘土力學性質進行了分析，分別測定不同壓實度CBR 值、研究不同壓實度下抗壓強度試驗、不同壓實度下抗剪強度試驗，不同壓實度回彈模量試驗變化規律，隨著壓實度不斷增加抗壓強度、抗剪強度、回彈模量值相應增大，壓實度相同情況下試件放置越長力學性質逐步下降。總體來說當壓實度越大時下降趨勢表現比較緩慢。

［1］李旭瑞.高液限粘土壓實特性及強振碾壓工藝研究［D］.長安大學，2012.

［2］劉燕燕，李建軍，黃中文.不同壓實度條件下高液限紅粘土工程性質研究［J］.中外公路，2011，(12):73－76.

［3］郭蘭英，王忠民，等.影響路基壓實的因素分析與壓實工作組織［J］.西部探礦工程，2006，(1):215－217.

［4］郭蘭英，于曉等.公路土基壓實深度的確定［J］.路基工程，2006:137－138.