水泥改良土力學性質研究

2019-10-21 06:36:55張振寰

價值工程 2019年24期

張振寰

摘要：以季凍區路基改良土作為研究對象，考慮路基素土性質、水泥摻量、含水率等對水泥改良土無側限抗壓強度的影響，進行水泥改良土配合比初步設計，探究其最佳配比和強度影響因素。結果表明：水泥摻量一定時，水泥改良土無側限抗壓強度大小隨含水率依次為14%>16%>12%;含水率一定時，強度隨水泥摻量增加而增大。

Abstract： Taking the subgrade improved soil in seasonal frozen zone as the research object， considering the influence of subgrade properties， cement content and water content on the unconfined compressive strength of cement improved soil， the preliminary design of cement improved soil mix ratio was carried out， and the optimal mix ratio and influencing factors of strength were explored. The results show that the unconfined compressive strength of cement-modified soil is 14%>16%>12% in turn with the moisture content when the cement content is constant. When the moisture content is constant， the strength increases with the increase of cement content.

關鍵詞：路基;水泥改良土;無側限抗壓強度

Key words： subgrade;cement improved soil;unconfined compressive strength

中圖分類號：U416.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）24-0202-02

0? 引言

目前，為了降低道路填料運輸和維護翻修的成本，對原位路基土進行改良穩定成為十分有效的方法。Sunitsakual等[1]通過對水泥穩定碎石土進行研究，得出 CBR和水灰比是影響無側限抗壓強度的主要因素;車冬日[2]以上海地區第④層黏性土為研究對象，通過測定水泥土初期pH值與電導率的方式來判斷水泥攪拌樁后期無側限抗壓強度;楊勝波[3]為了得到凍融循環后改良土的水穩定性、強度特性及凍脹融沉特性的變化規律，對不同水泥摻量的改良土在同一凍結溫度、不同凍融循環次數下進行無側限抗壓強度試驗等試驗;高曉波等[4]通過室內無側限抗壓強度試驗，研究石灰摻入率、壓實系數及養護齡期對改良貴州地區某工程的膨脹土抗壓強度的影響;閆國棟[5]等以無側限強度評定強風化泥質板巖經水泥改良后可作為路基底層填料;樊恒輝[6]通過正交實驗設計，探究密度和含水率對固化土無側限抗壓強度的影響;李蓮花[7]對黃土鐵路隧道臺階法開挖下隧道圍巖變形進行數值模擬探究影響因素;鄭江等[8]驗證同條件下，水泥改良土的無側限抗壓強度優于石灰改良土的無側限抗壓強度。

本文參照對水泥改良土已有的研究方法和研究思路，結合本地實際工程特點，通過室內7d無側限抗壓強度試驗，進行水泥改良路基土的初步配合比設計。

1? 試驗方案

1.1 素土性質

1.2 無側限抗壓強度試驗

結合擊實試驗所得混合料最佳含水率與最大干密度，制定7d無側限抗壓強度試驗方案進行試驗，另外為探究含水率對水泥改良土無側限抗壓強度的影響，考慮各水泥摻量下最優含水率范圍，設定強度影響因素含水率的取值。試驗方案表如表2。

2? 結果與分析

水泥摻量與含水率對水泥改良土7d無側限抗壓強度的影響分析如下：

2.1 破壞形式

試驗過程中，試件破壞形式為圖1中三種：（a）為滑裂式破壞，破裂面形狀類似三角形，由兩條延伸裂縫向下發展并相接，形成錯動滑裂面，喪失承載力。一般為含水率較高的試件中出現，顆粒間的滑移錯動導致局部失穩;（b）為典型劈裂式破壞，類似巖石軟化破壞形式，受壓過程中先出現微小裂紋，隨著試驗進行，裂紋不斷發育發展形成貫通斜裂縫，一般為混合料配比最優的試件出現的破壞形式，試件質密表面光滑，抗壓強度高，破壞發生時為整體破壞;（c）為壓入式破壞，主要特征為受壓時試件頂部形成裂紋，但裂紋發展不明顯，在試件中部發生破壞，試件上半部分底面壓入擴散開裂，下半部分頂面形成圓錐狀頂帽并且下部整體完整，一般出現在含水率較低的試件中，試件壓實不夠緊密。破壞時均發出明顯聲響，為軟化型脆性破壞。

2.2 結果與分析

從圖2中可以看出：

①當水泥改良土含水率一定時，試件無側限抗壓強度隨水泥摻量增大而增大。但考慮到水泥改良土在水泥摻量過高時容易因干縮溫縮產生裂縫，不宜高于8%。當水泥摻量為2%時，其強度均小于2MPa，低于水泥穩定細粒土作為底基層的最小強度要求，配合比初步設計中可以不再考慮水泥摻量為2%的情況。

②當水泥摻量分別為4%、6%、8%時，無側限抗壓強度均為含水率14%時強度最大，在含水率16%時強度次之，含水率12%時強度最小。分析其原因為：在本地區路基土土質特點下，當含水率在14%時，土中水分對混合料顆粒的潤滑作用使顆粒排布均勻，而水泥水化的膠結作用使顆粒連接緊密，抗壓強度大。含水率略小時，水泥水化不完全，略高時，水分潤滑作用強于膠結作用，顆粒滑動，抗壓強度均有降低。

3? 結論

本文根據當地實際工程特點，參照素土基本物理性質，進行水泥改良土混合料配合比初步設計，通過室內無側限抗壓強度試驗，得到結論如下：

①在混合料水泥摻量一定時，水泥改良土無側限抗壓強度隨含水率的變化，14%含水率時抗壓強度最大，16%含水率時次之，12%時最小。

②在混合料含水率一定時，水泥改良土隨水泥摻量的增加，無側限抗壓強度增大。

綜合考慮現有試驗數據，此地區路基土的水泥改良土初步配合比最優方案為水泥摻量4%，含水率14%時，以此為依據進行后續更加完善深入的最佳配合比和強度影響因素探究。

參考文獻：

[1]Sunitsakul J. Predictionof unconfined compressive strength of soil-cement at 7days[J]. Geotechnical and Geological Engineering，2012（30）： 263-268.

[2]車東日，羅春泳，沈水龍.水泥混合上海黏土pH值和電導率與強度特性研究[J].巖土力學，2012，33（12）：3611-3615.

[3]楊勝波.凍融循環對改良粉土力學特性影響的試驗研究[J].中外公路，2018，38（05）：270-274.

[4]高曉波，阮波，田曉濤，呂有緣，李思嘉，湯彬彬.貴州地區石灰改良膨脹土無側限抗壓強度的試驗研究[J].鐵道科學與工程學報，2014，11（06）：68-71.

[5]閆國棟，李亮，舒海明，黃松.全風化泥質板巖改良土無側限抗壓強度試驗研究[J].巖土工程界，2009，12（07）：73-76.

[6]樊恒輝，吳普特，高建恩.密度和含水率對固化土無側限抗壓強度的影響[J].中國水土保持科學，2006（03）：54-58.