桂林紅黏土的擊實(shí)特性研究

劉 偉

(三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院,湖北 宜昌 443002)

0 引言

紅黏土屬于一類(lèi)特殊土，它是母巖在特殊的氣候條件下歷經(jīng)系列復(fù)雜的紅土化作用而形成的產(chǎn)物[1]，廣泛分布于我國(guó)湖南、廣西、貴州、云南等地區(qū)，具有天然含水量高、高孔隙比、易成團(tuán)等特性，致使應(yīng)用于工程建設(shè)時(shí)難以壓實(shí)。此外，壓實(shí)后的紅黏土仍然存在遇水易軟化的特性，吸水后強(qiáng)度亦會(huì)發(fā)生急劇衰減，誘發(fā)大量工程災(zāi)害[2]。因此紅黏土一般很少直接用于工程中，但是其自身又具有強(qiáng)度高，低壓縮的物理特性?？紤]到成本因素和環(huán)境保護(hù)的影響，在工程中很難做到完全棄用紅黏土。實(shí)際工程中，常采用控制紅黏土最大干密度和壓實(shí)度這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)際的填筑。為此許多學(xué)者都進(jìn)行了一系列的室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)探討紅黏土壓實(shí)度以及最大干密度對(duì)其力學(xué)性能影響的研究。萬(wàn)智等[3]針對(duì)湘西南的特殊氣候及地質(zhì)條件，開(kāi)展了紅黏土填料含水率、松鋪厚度、碾壓機(jī)械等多種因素組合下的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，提出了相應(yīng)的壓實(shí)控制建議。談云志等通過(guò)研究湖南段的紅黏土，開(kāi)展了一系列室內(nèi)試驗(yàn)探討了壓實(shí)度變化對(duì)各力學(xué)指標(biāo)的影響，提出了壓實(shí)度降低的建議標(biāo)準(zhǔn)。聶慶科等[5]研究了廣西靖西紅黏土不同擊實(shí)功下，擊實(shí)后紅黏土的強(qiáng)度與固結(jié)特點(diǎn)。

考慮到紅黏土大多處在濕熱地區(qū)，其天然含水率較大。紅黏土因自身特殊性，不同含水率對(duì)應(yīng)的最大干密度不同，因此受現(xiàn)場(chǎng)施工條件影響，填筑狀態(tài)也不同。本文通過(guò)取自廣西桂林地區(qū)

的一種紅黏土進(jìn)行了兩種不同方法的擊實(shí)試驗(yàn)，分析了兩者間差異的主要因素，為該地區(qū)后續(xù)的工程建設(shè)提供部分參考。

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用土取自桂林市雁山區(qū)某高等專(zhuān)科學(xué)校所在教學(xué)大樓工地，埋深約為5 m，天然干密度為1.28 g/cm3(見(jiàn)圖1)，天然含水率41%，其他物理參數(shù)詳見(jiàn)表1，表2。從表1和表2可以看出，試驗(yàn)用土符合紅黏土的典型特征，具有高含水率、高孔隙、高液限和低壓縮的特點(diǎn)。

表1 紅黏土的物理性質(zhì)指標(biāo)

天然含水率ω/%天然密度ρ0/g·cm-3天然干密度ρd/g·cm-3比重Gs孔隙比e0飽和度Sr液限WL塑限WP塑性指數(shù)IP41.01.811.282.741.13499.052.031.021.0

表2 紅黏土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)儀器

采用河北路建儀器制造有限公司生產(chǎn)的多功能電動(dòng)擊實(shí)儀進(jìn)行試驗(yàn)。并采用南京土壤儀器廠生產(chǎn)的脫模機(jī)對(duì)擊實(shí)試樣進(jìn)行脫模。

1.2.2試驗(yàn)工況

根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》[6]，本試驗(yàn)采用重型擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)，至少準(zhǔn)備5個(gè)試樣。根據(jù)此要求，本文對(duì)試驗(yàn)的試樣準(zhǔn)備進(jìn)行5個(gè)梯度的含水率土樣進(jìn)行土的擊實(shí)試驗(yàn)。而試驗(yàn)又分為干土法和濕土法兩種不同的方法進(jìn)行，因此至少準(zhǔn)備10種工況。

1.2.3試驗(yàn)步驟

根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》[6],試驗(yàn)筒的類(lèi)別采用重型Ⅱ-2，試筒尺寸內(nèi)徑為152 mm，高度170 mm；試樣尺寸高度120 mm，體積為2 177 cm3。擊實(shí)儀中錘質(zhì)量為4.5 kg，落高為50 mm，單位體積擊實(shí)功為2 677.2 kJ/m3。試驗(yàn)土樣按2種方式制備，分別采用干土法和濕土法。干土法，先將土樣烘干，然后按梯度分別加入不同水分，拌勻后燜料24 h備用；濕土法則是將原狀紅黏土分成小土塊，分別風(fēng)干脫濕，并在脫濕到不同梯度的含水率后用以試驗(yàn)。在同比上抹一層凡士林，并在墊塊上放置蠟紙或塑料薄膜，然后按三層法擊實(shí)成型，每層做拉毛處理。

擊實(shí)試驗(yàn)完成后將試樣通過(guò)脫模儀取出，在試樣內(nèi)部取部分土樣并測(cè)定其含水率，計(jì)算至0.1%。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 干土法試樣擊實(shí)結(jié)果

圖2～圖4為桂林紅黏土的擊實(shí)結(jié)果，其中圖2為干土法下的擊實(shí)，圖3為濕土法下的擊實(shí)結(jié)果。兩種方法下所獲得的擊實(shí)曲線均符合典型擊實(shí)曲線特征。當(dāng)采用干土法擊實(shí)時(shí)，擊實(shí)曲線存在一個(gè)波底和一個(gè)波峰，波峰對(duì)應(yīng)該紅黏土的最大干密度，波底則是由于采用干土法導(dǎo)致紅黏土失水內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化產(chǎn)生的情況，會(huì)在分析里做出說(shuō)明。采用濕土法擊實(shí)時(shí)，擊實(shí)曲線存在整體符合典型擊實(shí)曲線的規(guī)律，即存在一個(gè)峰值為最大干密度。

對(duì)比兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以明顯看出，在低含水率時(shí)即含水率為10%～25%，干土法的最大干密度呈減小的趨勢(shì)，從1.35 g/cm3

減小到1.33 g/cm3。而采用濕土法時(shí)，最大干密度則呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，從1.26 g/cm3增加到1.32 g/cm3。當(dāng)含水率處于10%～23%之間時(shí)，干土法的擊實(shí)曲線整體上都在濕土法的擊實(shí)曲線，表現(xiàn)出的結(jié)果為干土法的干密度均高于濕土法的干密度。含水率在23%～40%這個(gè)區(qū)間時(shí)，干土法的擊實(shí)曲線與濕土法的擊實(shí)曲線分布規(guī)律總體接近，但是干土法的擊實(shí)曲線要低于濕土法的擊實(shí)曲線即干土法的干密度要小于濕土法的干密度，與前一個(gè)含水率區(qū)間所得結(jié)果相反。

2.2 紅黏土擊實(shí)特性分析

紅黏土不同方法下備樣所存在的擊實(shí)差異，主要原因是由于紅黏土內(nèi)部含水率減小后，土體內(nèi)部基質(zhì)吸力減小，土顆粒失水收縮，顆粒間膠結(jié)物質(zhì)受到破壞，這個(gè)過(guò)程具有不可逆性。這也是在最優(yōu)含水率附近區(qū)間時(shí)即25%～40%，干土法的干密度始終小于濕土法的原因。而在低含水率時(shí)，干土法采用的是重塑土，內(nèi)部孔隙水排出量要多于濕土法的土樣，因此更易被擊實(shí)，隨著含水率增大但含水率仍處于一個(gè)較低水平，水分僅附著在土顆粒表面，土團(tuán)內(nèi)部很難濕潤(rùn)，因此呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。而濕土法下的試樣仍有部分成團(tuán)，難以被壓縮。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)桂林紅黏土采用不同的方法進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)得到的擊實(shí)曲線存在部分差異，但總體規(guī)律基本相同。其中采用干土法獲得的最大干密度要小于濕土法獲得的最大干密度，這與采用重塑土進(jìn)行試驗(yàn)有關(guān)。實(shí)際工程應(yīng)根據(jù)相關(guān)情況采用合理的方法進(jìn)行試驗(yàn)獲得準(zhǔn)確的擊實(shí)曲線。