木質纖維對紅黏土性質改良的實驗研究

紅黏土在貴州六盤水地區分布極廣，被廣泛應用于生態保護與工程建設之中。為進一步探究紅黏土特殊性質并加以改良，從而更好地應用于工程建設中，本文研究了不同摻量木質纖維對六盤水地區紅黏土壓縮性和抗剪強度的影響。試驗結果顯示，摻入適宜比例的木質纖維可提高紅黏土的抗剪能力、壓縮系數及壓縮模量。本研究可為改良紅黏土性質提供理論依據。

1實驗設計

實驗材料選自六盤水地區的紅黏土，該地區紅黏土是在熱氣候條件下，經過風化作用、成土作用形成的一種含有較多散裝粘粒并富含Fe、Al氧化物膠結的紅色高塑性黏性土，風化程度相對較高，礦物質含量十分豐富。實驗采用的木質纖維是一種有機絮狀纖維物質，束狀，粉末80目，可用于鋪設瀝青道路、拌合混凝土砂漿以及制備石膏制品等。將木質纖維混合后可形成一個三維空間網狀組織結構，均勻度、穩定性、分散性及柔韌性較好，是一種新型環保材料。實驗中紅黏土樣品基本物理性質參數見表1，木質纖維樣品相關物理性質參數見表2。

1.1實驗過程

將不同比例的木質纖維（3%、6%、9%、12%）摻入到制備土樣中，含水率為45%，每個比例都采取平行試樣以減少誤差，再嚴格按照標準分別進行直接剪切試驗及固結試驗。

直接剪切試驗：在不同比例纖維摻入的情況下，以4個試驗為一組，依次施加100、200、300、400 kpa的垂直壓力，然后對試樣施加水平剪應力進行剪切，當剪切量剪切變形≤0.005 mm/h時，判斷試樣是否固結穩定，特別注意在施加外力時需輕拿輕放以避免擾動試件。穩定之后，卸去施加的垂直壓力，將試樣取出，得出破壞時的相應剪應力，然后根據庫侖定律確定土體的抗剪強度參數，包括內摩擦角值和凝聚力值。

固結試驗需在嚴格制備好試樣后測定土樣密度，并取用土樣測定不同含水率，玻璃片需將環刀兩端蓋上，以避免水分蒸發影響試驗數據。后將帶試件的切土環刀安裝在固結儀的固結容器內固定，并準確放置在加載中心，保證容器部件之間接觸良好。依次按照50、100、200、300、400 kpa的順序進行加壓，結束后得出相關數據，進行計算分析。

2試驗結果和分析

2.1纖維對于紅黏土抗剪能力的影響

每個比例木質纖維摻入量與土體之間的抗剪強度影響對比，由直線傾角得出土的內摩擦角φ以及直線在縱坐標上的截距得出土樣的黏聚力c，分別如下圖1～3，表3所示：

從圖1可得出，不同比例下的土樣隨著垂直壓力的增加，抗剪強度也在不斷增大，不同纖維摻入量的抗剪強度增長幅度較為一致。纖維摻入比為6%的垂直壓力增長幅度較其他摻入量更為明顯。隨著木質纖維摻入量的增加，內摩擦角呈現出先增大后減小的趨勢，但是變化區間較小，整體變化幅度保持在6°之間。隨著纖維摻入量的增加，黏聚力也呈現出先增大后減小的趨勢，且峰值都出現在摻入量為6%的纖維土樣上。這表明木質纖維含量對紅黏土物理性質的變化有一定程度的影響，當纖維摻量為6%時土體的抗剪強度最高，內摩擦角及黏聚力最佳。

2.2纖維對于紅黏土壓縮系數和壓縮模量的影響

不同摻入量的木質纖維土體對抗壓強度的影響如下圖4～6，表4所示：

隨著木質纖維摻入量的增加，紅黏土抗壓強度也在不斷增加。在圖4中，各摻量的曲線斜率差距較小，各摻入量在同級受壓時的孔隙比值差距平均。當摻入量為3%和6%時，其抗壓強度在受壓為0～200 kpa時的趨勢線接近重合，說明此時的抗壓強度接近一致。

圖5顯示，隨著木質纖維摻入量的增加，土樣的壓縮模量呈現先增大后減小再增大的趨勢，在纖維摻入量為12%時，壓縮模量達到最大。在摻入量為0%～3%時，壓縮模量有明顯上升，在摻入量為3%之后，變化較為平緩，最大差值為0.35。

圖6顯示，隨著木質纖維摻量的增加，紅黏土的壓縮系數呈現先減小后增大再減小的趨勢。不滲入木質纖維時，土樣的壓縮系數最多。摻入量為3%～12%，壓縮系數變化較小，接近平緩。在摻入量為3%時，壓縮系數的下降趨勢比較明顯。同時在纖維摻入量為3%之后壓縮系數的變化接近平緩。

根據表4及其標準規范，當時，屬于低壓縮性土；當時，屬于中壓縮性土；當大于等于0.5，或小于4 Mpa時，屬于高壓縮性土。由此得出原土為高壓縮性土，摻入量為3%、6%、9%、12%的土體均為中壓縮性土。木質纖維的摻入有助于降低紅黏土壓縮性，并增強土體的抗壓強度。

3討論與結論

在不同加壓等級下，木質纖維有效增強了土體的抗剪強度，且呈規律性變化。纖維摻量基本不影響紅黏土的黏聚力和內摩擦角。內摩擦角隨著摻量的增加呈現先增加再減小的趨勢，當摻入量為6%時，黏聚力與內摩擦角達到峰值。內摩擦角基本保持不變，變化僅維持在5°之間?？辜魪姸仍谀举|纖維摻入量為6%時達到最高值。當纖維摻入量為0%～3%時，紅黏土的抗壓強度及土體的壓縮模量明顯提高，土體的壓縮系數明顯降低。

基金項目：六盤水地區紅黏土物理力學性質分析（No.20195201529）；六盤水師范學院科技創新團隊項目（No.LPSSYKJTD201902）。

[貴州六盤水師范學院礦業與土木工程學院李常娜，粟梅（通訊作者），翟雨雨，錢德銀，黃學銳，黃木金]