石灰對云南膨脹土力學特性影響的試驗研究

董紅艷 代啟亮 李玉華 王寶龍 高貴全 雷騰云

(1.云南農業大學水利學院，云南 昆明 650201； 2.中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600；3.黑龍江和信勘測設計有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000； 4.云南農業大學教務處，云南 昆明 650201)

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石灰對云南膨脹土力學特性影響的試驗研究

董紅艷1代啟亮1李玉華2王寶龍3高貴全4雷騰云1

(1.云南農業大學水利學院，云南 昆明 650201； 2.中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600；3.黑龍江和信勘測設計有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000； 4.云南農業大學教務處，云南 昆明 650201)

選取云南省典型的湖相沉積型膨脹土土樣，以石灰為改良劑對其進行化學改良，并對改良的膨脹土進行三軸剪切試驗，結果表明，石灰改性土中石灰的最優摻量為5.5%，為工程實踐中膨脹土改良提供了一定的依據。

膨脹土，石灰，三軸剪切試驗，摻灰比

0 引言

膨脹土是一種主要由強親水性粘土礦物成分(蒙脫石和伊利石)組成的，具有膨脹結構以及多裂隙性、強脹縮性和強度衰減性的高塑性粘性土，也是典型的非飽和土。統計分析得出云南省膨脹土以湖相沉積型為主，因此本次研究選取典型的湖相沉積型膨脹土土樣，以期研究結果更具代表性和實用性。

石灰的摻入量和改性土的強度為非線性關系[1-3]，因此需要確定膨脹土的最優摻灰量，才能使改性效果最理想。研究表明，改性土達到最大pH值的石灰用量為最優摻量[4]。本文石灰摻入劑量分別為0%，3%，5%，7%和9%，通過三軸剪切試驗，以確定石灰改性土中石灰的最優摻量。

1 試驗用土

為了使研究更具代表性和說服力，本次研究選取兩個典型的湖相沉積型膨脹土分布區進行取樣。土樣分別取自曲靖市沾益縣水務局附近和昆明市昆曲高速路口附近，將沾益縣水務局附近的土樣記為1號土樣，昆明市昆曲高速路口附近的土樣記為2號土樣。其中，取1號土樣時正值下雨，挖深至地下3 m取土，取出的膨脹土呈塊狀，灰白色，土質細膩，粘性很大，鏟出時十分費力，手摸上去有明顯的滑膩感，多裂隙；2號土樣顏色呈灰白，呈硬塑狀態，強度較高，浸水后迅速軟化、崩解，強度大大降低，兩種土樣均屬湖相沉積型。

將全部土樣風干，碾碎，過0.5 mm篩，將2號土樣全部放入預備好的儲物盒中，待測定其基本的物理、力學指標。將1號土樣分為5等份，分別放入貼有不同標號的儲物盒中，第1份不摻加任何物質，用于測定膨脹土的基本物理力學特性，如表1，表2所示。其余4份分別用于改性試驗，配制成石灰(基本性質如表3所示)改性土，其中石灰含量分別為3%，5%，7%，9%。將每份土樣拌勻，蓋好盒蓋，密封28 d后開展改性試驗。

表1 1號土樣主要物理力學特性表

表2 2號土樣主要物理力學特性表

表3 石灰基本性質

2 三軸剪切試驗

膨脹土的抗剪強度指標粘聚力c和內摩擦角φ可以通過抗剪強度試驗獲得，為了測得膨脹土的粘聚力和內摩擦角，本次研究對素土及改性土均分別進行不固結不排水剪(UU)的三軸壓縮試驗。

稱取一定量的風干土樣，按最優含水率計算出需要加的水量，將需要加的水量噴灑到土料上，拌勻，密封靜置24 h。取出土料復測其含水率，至其與最優含水率差值小于±1%。根據最大干密度及擊實筒體積計算出試樣質量，稱取試樣，均分為5份，將第1份裝入三瓣膜制樣器中，擊實至預定高度，將其表面刨毛5 mm，然后放入第二層土，重復上述操作，將土樣分五層擊實，拆掉三瓣膜，稱量試樣重量，準確至0.1 g，復核試樣密度，當試樣密度與最大干密度差值小于±0.02 g/cm3時，制樣成功，四個試樣為一組。對壓力室底座充水，然后將橡皮膜套在承膜筒內，將試樣套在橡皮膜內，取出承膜筒，用橡皮圈將橡皮膜分別扎緊在壓力室底座和試樣帽上，裝上壓力室罩。開排氣孔，向壓力室充水，當壓力室內快注滿水時，降低進水速度，水從排氣孔溢出時，關閉排氣孔。關體變管閥及孔隙壓力閥，開周圍壓力閥加至所需圍壓。旋轉手輪及活塞，軸向測力計有微讀數時，將軸向測力計和軸向位移計調至0。其余三個試樣按上述方法進行同樣的操作，每組試樣施加的圍壓均不同，一組四個試樣分別按100 kPa，200 kPa，300 kPa，400 kPa施加圍壓。利用剪切破壞時得到的最大主應力繪制一組極限應力圓，做出公切線，公切線與橫坐標的夾角為土的內摩擦角，公切線與縱坐標的截距即為土的粘聚力。

3 試驗結果

通過對不同摻灰比的試樣進行三軸剪切試驗，所得結果如表4所示。

同時由圖1，圖2可知，摻灰比在0%～5.7%(0%～3.8%)以內時，隨著摻灰比的增大，粘聚力(內摩擦角)不斷增大，當摻灰比超過5.7%(3.8%)后，粘聚力和內摩擦角則隨著摻灰比的增大而變小。主要是因為在石灰(或粉煤灰)含量增加過程中，土中的粗顆粒先增加，當石灰含量達到一定程度時，土中粗顆粒又減少造成的。

表4 石灰改性土三軸壓縮試驗結果

4 結語

1)通過對三軸剪切試驗結果的分析，可以看出改性后的膨脹土力學性質得到了增強。

2)試驗結果分析表明，石灰改性土中石灰的最優摻量為5.5%，為工程實踐中對膨脹土進行改良提供了一定的依據。

[1] [英]F.G.Bell,MSc,phD，等.用石灰對黏性土的處理與穩定[J].江錫民，譯.路基工程，1990，28(1):69-82.

[2] 馬 冀.用石灰改變裂土工程性質[J].路基工程，1985，2(4):43-48.

[3] [日]石田宏.生石灰粉末穩定黏土的強度特性[J].鄒天隆，譯.路基工程，1990，15(6):59-66.

[4] 林隴安，王秉勇.改性裂隙黏土工程性質的一種有效措施——石灰土[J].路基工程，1988，17(2):36-39.

Experimental study on the effect of lime on the mechanical properties of expansive soil in Yunnan

Dong Hongyan1Dai Qiliang1Li Yuhua2Wang Baolong3Gao Guiquan4Lei Tengyun1

(1.YunnanAgriculturalUniversity，CollegeofWaterConservancy，Kunming650201,China；2.FifthSurveyandDesignInstituteofChinaRailwayGroupCo.,Ltd，Beijing102600,China；3.HeilongjiangHexinSurvey&DesignCo.,Ltd,Harbin150000,China；4.YunnanAgriculturalUniversity,TeachingAdministrationOffice,Kunming650201,China)

This paper selects the Yunnan province typical lake phase deposition type expansive soil samples and using lime as modifiers on the modification. The results of three-axis shear test on the improved expansive soil showed that the optimum content of lime in the lime-modified soil was 5.5%. It provides a certain basis for the improvement of expansive soil in engineering practice.

expansive soil, lime, three-axis shear test, fly ash ratio

1009-6825(2016)20-0058-03

2016-05-09

董紅艷(1990- )，女，在讀碩士； 代啟亮(1983- )，男，碩士，講師； 李玉華(1985- )，女，碩士；

TU411.3

A

王寶龍(1990- )，男，碩士； 高貴全(1968- )，男，教授； 雷騰云(1986- )，男，碩士，講師