片狀顆粒對地基加固的研究

李望蛟 李明 孫圣博 毛進 馬榕

摘 要：地基的承載能力是建筑物安全，片狀顆粒的加入對地基承載能力的強度特征。本文以5mm～25mm的片石顆粒為研究對象。通過三軸實驗儀，進行了不同配比的固結不排水（CU）三軸剪貼試驗，研究顆粒級配對地基承載能力的影響，試驗結果表明：一定含量的片石顆粒使地基有良好的工作性，顆粒含量過多或者過少，均不能獲得較高的強度。為施工中地基的加固處理和砂土級配的控制提供參考。

關鍵詞：顆粒級配；基礎加固；三軸剪貼實驗

中圖分類號：TU472 文獻標志碼：A

1 研究的目的和意義

我國地域遼闊，地質情況復雜多樣，在工程中時常會遇到濕陷性黃土，鹽漬土、凍土、巖溶等復雜地質情況。并且近年來隨著經濟的快速發(fā)展，基礎建設的修建也隨之越廣，大量工程的修建對資源的消耗也迅速增加，對于大多數(shù)工程建設來說地基處理是必不可少的，而通過顆粒的級配來滿足地基的承載能力和應對復雜的地質情況顯得尤為重要，節(jié)省成本，保護環(huán)境。本文以5mm～25mm的片石顆粒為研究對象，通過三軸剪切試驗測定土體的抗剪強度，研究以最實惠的顆粒級配對地基承載能力的影響，為施工企業(yè)今后的施工作業(yè)提供理論基礎。

2 三軸試驗方案

2.1 試驗方案設計

本文三軸試驗的研究對象是片狀顆粒的碎石和粉砂按一定的配比組合構成試驗原材料，研究在不同配比下樣品的各種應力應變關系。在滿足施工的條件下，考慮片狀顆粒砂土的強度和工程經濟性，三軸剪切試驗方案見表1，共計3組配比，九組試驗，分別施加不同的圍壓（試驗調整為整個試驗能順利完成的600kPa低圍壓）。配比15%表示片狀顆粒在整份樣品中質量。

2.2 試驗方法及儀器

試驗制樣模具為特定的圓柱形鋼制模具，模具內徑10cm、高20cm。制樣前在模具內部均勻涂一層凡士林，以便順利脫模，共分4層裝入，每層加入一定厚度后進行振搗夯實，測量模具內部試樣的高度進行調整下次裝樣的質量，劃松表面，進行下次裝樣，試樣裝完之后，刮平表面，一般靜置24h后進行脫模，脫模后的試樣用保鮮膜密封，等待進行三軸剪切試驗。

試驗方法為固結不排水試驗（CU試驗）。試驗前先進行飽和處理，采用抽氣飽和、反壓飽和相結合的方法，首先對試樣進行抽氣12h以上，然后在水中飽和12h以上，抽氣飽和結束之后將試樣放置在承臺上，在開始固結之前在壓力艙內再對試樣進行反壓飽和，反壓為100kPa～200kPa，以使試樣充分飽和；等壓固結后再進行不排水剪切，剪切速率為0.05mm/min；并在不排水剪切過程中進行孔隙水壓力（U）測試，試驗采用GDS動三軸壓縮儀，如圖1所示。

3 三軸試驗結果及分析

由圖2主應力差與軸向應變關系曲線可知，隨著圍壓的增加，片狀顆粒砂土的應力峰值顯著增加，表明圍壓的存在能顯著提高片狀顆粒砂土的強度；同時發(fā)生破壞的應變隨著圍壓的增加也相應地增加，到達峰值之后進行相對平緩的下降。片狀顆粒含量在35%時，達到整個試驗剪應力的峰值，為1530.11kPa。當圍壓在400kPa時，顆粒含量在15%、25%、35%試驗樣品所得到的主應力差分別是1013.54kPa、1167.70kPa、1258.11kPa，由數(shù)據(jù)可知，主應力雖然有所增加，但不是很明顯。當圍壓在600kPa時，顆粒含量在15%、25%、35%時主應力差分別是1287.94kPa、1519.14kPa、1530.11kPa。含量較高的兩組試驗所得到的應力差差值較小，及在顆粒含量超過35%時，再次提高配比對主應力差的提高影響不大。

由圖2體應變與軸向應變關系曲線可知，體應變和軸向應變的比值與圍壓有一定的關系，當圍壓為400kPa使得比值普遍大于200kPa和600kPa的比值，但在顆粒含量在25%的時候試驗結果出現(xiàn)反常，400kPa時的體應變與軸向應變比值小于200kPa和600kPa時的體應變與軸向應變的比值，但從所有實驗數(shù)據(jù)來說，均明顯大于顆粒含量在15%和25%時所受的200kPa、400kPa、600kPa的時體應變與軸應變的比值。從片狀顆粒含量來看，施加不同的圍壓，顆粒含量在25%的時候體應變與軸向應變的比值明顯大于片狀顆粒是15%和35%的數(shù)值。

通過大量的試驗數(shù)據(jù)表明，片狀顆粒含量在25%時結果出現(xiàn)較大的偏差，說明在片狀顆粒含量達到25%左右時能和粉砂在配比上能充分發(fā)揮各自的性質。此時碎石片狀顆粒在整個試樣中起到最好加筋體的作用；同時還能像混凝土當中石塊的作用，抵抗大部分砂土變形當中軸向應變，粉砂提供一定的黏結作用，增大顆粒之間的摩擦阻力。級配良好的砂土固結飽和具有很高的抗剪強度，但是在相對單一的級配下取得較高的抗剪強度，相對較為困難。

結論

通過大量的三軸剪切試驗（CU），明確了顆粒狀碎石砂土固結后的抗剪強度性狀和體應變與軸向應變的關系。通過實驗數(shù)據(jù)的處理得到在片狀顆粒含量在25%左右時，片狀顆粒和粉砂配比試樣能得到較高的主應力差，得到較大的體應變和軸向應變的比值。在級配不良情況下，相對的調整現(xiàn)有顆粒之間的含量比或加入部分顆粒固體顆粒調整試樣的級配比，來提高土體的抗剪強度。

參考文獻

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