干濕循環條件下木質素改良土抗剪強度研究

李方舟 付星 阿不都拉·木沙 尹博坦 徐金超 于壬楊

摘? 要：利用室內靜三軸試驗研究干濕循環條件下不同木質素摻量的改良土的抗剪強度、粘聚力、內摩擦角變化規律。試驗結果表明：相同干濕循環次數下，木質素改良土的抗剪強度高于素土的抗剪強度，說明木質素的摻入可以在一定程度上提高路基的水穩定性。

關鍵詞：干濕循環;抗剪強度;粘聚力;內摩擦角

中圖分類號：U414 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）32-0026-03

Abstract： The changes of shear strength， cohesion and internal friction angle of improved soil with different lignin content were studied by indoor static triaxial test. The test results show that under the same number of dry and wet cycles， the shear strength of lignin improved soil is higher than that of plain soil， indicating that the addition of lignin can improve the water stability of roadbed to a certain extent.

Keywords： dry and wet cycle; shear strength; cohesion; internal friction angle

引言

由于干旱少雨、氣候周期性的變化和季節性凍土地區路基普遍存在著冬季凍結春季融化自由水增多的現象，路基土處在降雨、融冰和自然蒸發的干濕循環過程中，其物理力學性質也處于一個動態的變化過程[1]。木質素作為一種天然有機高分子，能有效改善土的物理力學性質[2]。本文研究了不同干濕循環次數對木質素改良土抗剪強度的影響，最后確定合適的木質素摻入比。

1 試驗材料及試驗方法

1.1 試驗材料

試驗所用土樣取自吉林省某高速公路施工用土取土場，根據《公路土工試驗規程》（JTG E40-2007）規定[3]進行測試，試驗用土的基本物理指標如表1所示。

1.2 樣品制備

本文試件為標準三軸試件，試件直徑39.1mm、高為80mm。

1.3 試驗方法

根據東北地區含水率調查結果確定本文干濕循環范圍為2%～14%（增濕-失水過程采取質量控制）。把木質素摻入比為0%、3%、6%、9%、12%、15%（干木質素質量與干土質量之比）試件放入溫度為 20±2℃，濕度為95%的養生箱內養生28d后進行干濕循環。循環次數為0、1、2、3、4、5次。分別在30kPa、60kPa、90kPa圍壓下依次進行靜三軸抗剪強度試驗。

2 試驗結果分析

2.1 干濕循環對抗剪強度指標的影響

素土及木質素改良土養生齡期28d不同干濕循環次數下的抗剪強度試驗結果如圖1所示。從圖中可見在相同干濕循環條件隨著木質素含量的增加試件的抗剪強度先增大后減小。而隨著干濕循環次數的增加素土的抗剪強度在逐漸減小后趨于平緩，木質素摻量為3%和6%的改良土則先減小后增大，而9%、12%、15%的木質素改良土基本呈下降趨勢。干濕循環次數達到5次時均趨于平緩，說明素土和木質素改良土在5次干濕循環時基本達到穩定狀態。木質素摻量為3%、9%、12%、15%的改良土在沒開始干濕循環之前抗剪強度有明顯提升，但隨著干濕循環次數的增加其抗剪強度下降幅度較大，而木質素摻量為6%的改良土則一直比較穩定。5次干濕循環結束后木質素摻量為6%的改良土抗剪強度最大，干濕穩定性最好。

2.2 干濕循環對粘聚力的影響

素土及木質素改良土養生齡期28d不同干濕循環次數下的粘聚力試驗結果如圖2所示。從圖中可以看出干濕循環開始之前木質素摻量15%的改良土粘聚力最大，素土次之。但5次干濕循環之后，木質素摻量6%的改良土粘聚力值最大，其他摻量的改良土粘聚力基本下降了50%。木質素摻量6%的改良土的干濕穩定性較好，這與干濕循環次數對抗剪強度的影響結果保持一致。

2.3 干濕循環對內摩擦角的影響

素土及木質素改良土養生齡期28d不同干濕循環次數下的內摩擦角試驗結果如圖3所示。從圖中可以看到干濕循環開始之前和5次干濕循環結束時木質素摻量3%的改良土內摩擦角均比其他木質素摻量的內摩擦角大。因此可以判斷，木質素摻量3%的改良土抗剪強度主要受內摩擦角的影響，而木質素摻量6%的改良土抗剪強度主要受粘聚力的影響。

3 結論

通過對不同木質素摻量的土樣在不同干濕循環作用下進行室內靜三軸試驗，并對其結果進行分析可以得出以下結論：

（1）素土和木質素改良土在5次干濕循環時基本達到穩定狀態，木質素的摻入可以有效提高素改良土的抗剪強度，其中在3%和6%摻量時抗剪強度較高。

（2）在干濕循環過程中，6%木質素摻量的改良土具有很好的干濕穩定性。

（3）木質素摻量3%的改良土抗剪強度主要受內摩擦角的影響，而木質素摻量6%的改良土抗剪強度主要受粘聚力的影響。綜合比較6%為最佳摻量。

參考文獻：

[1]付星.干濕循環對木質素改良土的工程特性研究[D].長春：吉林建筑大學，2019.

[2]張濤，蔡國軍，劉松玉，等.工業副產品木質素改良路基粉土的微觀機制研究[J].巖土力學，2016，37（06）：1665-1672.

[3]JTGE40-2007.公路土工試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2007.