紅粘土擊實曲線的雙峰特性試驗研究

(重慶交通大學 河海學院 重慶 400074)

引言

紅粘土廣泛分布于我國西南方地區，是一種非常典型的水敏性粘土。土體內強度分布不均勻，在天然狀態下土體收縮明顯，其具有高天然含水率、高液限及高塑性指數等特征。要認識紅粘土，就必須認識其物理力學特性，而壓實特性就是物理力學特性中非常重要的一部分。目前，對土體壓實特性的研究一般時采用標準的擊實試驗方法，測定土的含水率和干密度的關系并畫出擊實曲線，以此來確定最大干密度和最優含水率，對指導路基工程現場碾壓具有重要意義。

本文對貴州地區的紅粘土進行了標準的重型擊實試驗，試驗所用方法和所得數據、結論對認識該地區同類土的性質具有參考價值。

一、試驗材料

本次試驗紅粘土試樣取自遵貴高速擴容工程第5標段，取土深度5-10m，土樣呈棕紅色，帶有白色及暗綠色雜質，可塑狀態，天然含水率較高。其物理力學性質如表1所示。

表1 紅粘土的基本物理力學性質

圖1 塑性圖Fig 1 Plasticity chart

由表1可知，紅粘土天然含水率高，WL=103.1%,WP=30.6%,塑性指數高達72.5，根據圖1可知，其在塑性圖中位于A線上側，B線右側，因此判定紅粘土為高塑性無機粘土(CH)。

二、試驗方案

本次試驗嚴格參照《公路土工試驗規程》(JTG E40-2007)，對紅粘土試樣分別進行干法和濕法標準重型擊實試驗，試驗主要步驟如下：

(1)制樣：a干法，將紅粘土自然曬干，根據塑限預估最優含水率，分別加入不同水分(按5%含水率遞增或遞減，保持預估最優含水率處于中間位置)，拌勻后悶料一夜備用。b濕法，準備多份試樣，在太陽下曬，每隔1.5h收一份，測定含水率，根據含水率適當加入水分，(使含水率5%遞增或遞減，保持預估最優含水率處于中間位置)，拌勻后悶料一夜備用。

(2)擊實：稱量試筒質量后將試筒固定在底座上，按每層1700g分三層將試樣裝入試筒，每層擊實98次，每層擊實后需把表層拉毛再填料。擊實完成后取下試筒，齊筒頂刮平試樣，將刮下試樣測含水率。

(3)稱重與脫模：擦凈筒外壁，稱重。用脫模機進行脫樣。

(4)重復上述步驟，依次對其它試樣進行試驗。

(5)結果整理：按下式計算擊實以后各含水率對應的干密度：

式中：ρd——干密度(g/cm3)，計算至0.01

ρ——濕密度(g/cm3)

ω——含水率(%)。

三、紅粘土擊實曲線的雙峰特性分析

根據以上試驗過程，對紅粘土進行了標準擊實試驗，繪制含水率與干密度的擊實曲線如圖3所示。

根據擊實曲線圖，干法制樣所得的最大干密度為1.56g/cm3，最優含水率為27%，濕法制樣所得的最大干密度為1.43g/cm3，最優含水率為28.1%。對比分析發現，干法得出的最大干密度低于濕法得出的最大干密度，而最優含水率卻更高，而且濕法擊實曲線較干法較平緩，經分析造成這種現象的主要

原因是紅粘土具有不可逆性，干法擊實相當于進行了一個干濕循環，破壞了紅粘土的結構，造成其結合水流失，而濕法擊實由于保留了這部分結合水，因此造成得出的最優含水率高于干法。在實際施工過程中，采用干法擊實試驗的結果一般很難達到壓實度的要求，這樣就會造成最大干密度偏高，而最優含水率偏低的結果，并且天然狀態下的紅粘土含水率較高，如果進行曬干再施工無論從經濟或時間上，都會造成很大損失。因此相對而言，濕法所得結果更利于指導工程實際。

圖2 標準重型擊實下含水率與干密度變化關系曲線

四、結論

根據含水率與干密度圖可以發現，紅粘土標準重型擊實曲線出現了兩個峰值，并且第一個峰值低于第二個峰值，筆者認為，紅粘土作為一種典型的高液限粘土，低含水率下的紅粘土，土體結構性較強，擊實功還無法破壞其土體結構，因此出現一個干密度的峰值，而隨著含水率的逐漸增大，擊實功可以破壞其土體結構，土體被重新壓實，干密度先下降再逐漸上升然后再下降，因此出現了另一個峰值。因此認為認為分析認為擊實曲線上的第二個峰值才是真正的最優含水率，其對應的干密度為最大干密度。

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