不同改良劑對紅粘土強(qiáng)度影響實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

岑萬杰 李光梅 張諾 鄭丹 石林

（六盤水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院，貴州六盤水 553004）

0 前言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，推動工程建設(shè)的行業(yè)的發(fā)展，使得工程建筑項(xiàng)目數(shù)量不斷增加，投資建設(shè)規(guī)模也是越來越大。建筑工程中出現(xiàn)的問題和挑戰(zhàn)也隨之變得越發(fā)的艱巨，其中紅粘土對工程建設(shè)安全有著很大的影響，所以在紅粘土分布地區(qū)進(jìn)行施工，其工程設(shè)計(jì)與施工中必須要對紅粘土進(jìn)行考慮。我們將不同的改良劑添加到紅粘土中，對紅粘土進(jìn)行改良，觀測在相同摻入量的情況下哪一種改良劑對紅粘土的改良效果更好。

1 紅粘土及其主要特性

紅粘土是指在濕熱氣候條件下由碳酸鹽類巖石風(fēng)化后形成具有塑性的粘性土，可分為原生紅粘土和次生紅粘土。原生紅粘土是指出露在地表上的石灰?guī)r、泥灰?guī)r等碳酸鹽系巖石，在熱帶或者亞熱帶的氣候條件的作用下，風(fēng)化和紅土化作用后在基巖上形成一種棕紅色或者褐紅色的高塑性粘土層。次生紅粘土是由于水力搬運(yùn)作用下，重新堆積而形成的粘性土，且再次堆積以后，其原始凝聚力又產(chǎn)生了一定的變化，土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更是近期才重新形成的，所以強(qiáng)度與原生紅粘土有著很大的差異[1]。

2 研究區(qū)域概況與研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

六盤水市，位于云貴高原的烏蒙山地區(qū)，云、貴兩省的交界處，且南盤江和北盤江兩大河流的兩岸，地域跨越了北緯25°～27°、東經(jīng)104°～105.5°之間，全市范圍內(nèi)海拔大概在500 米～3000 米之間，在六盤水市的北部地區(qū)與畢節(jié)市的交匯處，是貴州省的海拔最高處，是最為經(jīng)典的紅粘土聚集地區(qū)。六盤水市是貴州省不良地質(zhì)條件發(fā)育的地區(qū)，其中紅粘土在當(dāng)?shù)氐耐寥罉?gòu)成分布較為廣泛，具有代表性[2]。

2.2 研究方法

（1）界限含水量試驗(yàn)：通過比較土層的塑限和液限并對其進(jìn)行分類一種試驗(yàn)方法。界限含水量試驗(yàn)在采礦和建設(shè)工程中是不可缺少的，主要用于確定土壤的技術(shù)特性，并提供設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)依據(jù)，同時也是對建筑物的地基基礎(chǔ)施工進(jìn)行監(jiān)測和防控的一種重要手段[3]。

（2）固結(jié)（壓縮）試驗(yàn)；是指測定飽和粘性土試樣在側(cè)限條件下施加豎向壓力的試驗(yàn)方法。將制備好的土樣放在試驗(yàn)的剛性金屬盒內(nèi)，通過承壓活塞對土樣施加豎向壓力，豎向壓力應(yīng)從小到大逐級增加，最后根據(jù)各級豎向壓力與相應(yīng)孔隙比，繪出相應(yīng)土的壓縮曲線，求出壓縮系數(shù)及壓縮模量。

（3）直剪試驗(yàn)：直接剪切試驗(yàn)是一種常用的測定土抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)中至少制備四個相同的試樣，用直接剪切儀分別在不同的豎向壓力下剪切，測定出土的抗剪強(qiáng)度，并繪制出τf-σ 擬合直線圖，根據(jù)擬合直線圖得出抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角Ф和凝聚力C。

（4）擊實(shí)試驗(yàn)：是指用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)土樣的方法，測定土的含水率與其干密度之間的關(guān)系，從而了解土的壓縮性質(zhì)的一種試驗(yàn)方法。進(jìn)一步求得最優(yōu)含水量和最大干密度，是工程建筑密實(shí)度的重要指標(biāo)，更好的為工程的設(shè)計(jì)、施工提供數(shù)據(jù)依據(jù)[4]。

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過查閱相關(guān)資料我們可知消石灰對紅粘土的改良的最佳摻量是2%-10%；沙礫對紅粘土的改良的最佳摻量是20%-30%；水泥對紅粘土的改良的最佳摻量是10%-15%；粉煤對紅粘土的改良的最佳摻量是10%；二灰對紅粘土的改良的最佳摻量是消石灰2%，粉煤灰8%。所以我們?nèi)?0%摻量為不變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

3.1 界限含水量設(shè)計(jì)

取天然狀態(tài)下的紅粘土，經(jīng)烘干后碾碎，過0.05mm 篩，稱取過篩后紅粘土600g，分成三份，分別按干、中、濕加水拌勻，拌勻后標(biāo)明編號A1、A2、A3并用濕毛巾蓋住以備試驗(yàn)。同理制備摻入消石灰、砂礫、水泥、粉煤灰、二灰的試驗(yàn)試樣并標(biāo)明對應(yīng)試樣編號。根據(jù)試驗(yàn)步驟將每組試樣在光電式液、塑限聯(lián)合試驗(yàn)儀下進(jìn)行測定試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出摻入各個改良劑后紅粘土的液限與塑限。

3.2 壓縮試驗(yàn)設(shè)計(jì)

取天然狀態(tài)下的紅粘土制備一個試樣，并標(biāo)明編號A；取消石灰加入紅粘土混合做一個試樣，并標(biāo)明編號B；取沙礫加入紅粘土混合做一個試樣，并標(biāo)明編號C；取水泥加入紅粘土混合做一個試樣，并標(biāo)明編號D；取粉煤灰加入紅粘土混合做一個試樣，并標(biāo)明編號E；取二灰加入紅粘土混合做一個試樣，標(biāo)明編號F，每個試樣都在垂直壓力為100kPa、200kPa、300kPa、400kPa 下從小到大逐級進(jìn)行試驗(yàn)，每級垂直壓力壓縮時間為一個小時，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算壓縮系數(shù)和壓縮模量。

3.3 直剪試驗(yàn)設(shè)計(jì)

取天然紅粘土制備成四個相同的試樣，為了實(shí)驗(yàn)方便，將四個試樣其編號為A1、A2、A3、A4。按照相同的方法分別制備摻入消石灰、砂礫、水泥、粉煤灰、二灰的紅粘土試樣并標(biāo)明對應(yīng)摻入改良劑紅粘土試樣的編號。將制備好的試樣分別在50kPa、100kPa、200kPa、400kPa 四個不同的垂直壓力σ 下進(jìn)行剪切，根據(jù)剪切后數(shù)據(jù)按下列公式分別計(jì)算出添加不同改良劑后紅粘土的抗剪強(qiáng)度τf。

將計(jì)算出的數(shù)據(jù)分別繪制出對應(yīng)摻入改良劑紅粘土的τf-σ 擬合直線圖，根據(jù)圖得相應(yīng)紅粘土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角Ф和凝聚力C。

3.4 擊實(shí)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

取天然狀態(tài)下的紅粘土，經(jīng)烘干后，過5mm 篩，稱取15kg，根據(jù)相關(guān)資料國內(nèi)關(guān)于擊實(shí)試驗(yàn)指標(biāo)的研究結(jié)果表明，土的最優(yōu)含水率約在土的塑限附近，所以通過界限含水率試驗(yàn)得出的塑限，取最優(yōu)含水率ωop的近似值，制作五個含水率不同的試樣，使得各試樣的含水率的依次差值在2%以內(nèi)，其中兩個比最優(yōu)含水率近似值大，兩個比最優(yōu)含水率近似值小。并按照選定好的含水率根據(jù)下列公式計(jì)算各個式樣所需加的水量mω。

式中mω—式樣所需的加水質(zhì)量，g；

mωo—含水率為ωo時式樣的質(zhì)量，g；

ωo—式樣原有風(fēng)干含水率，%；

ω—預(yù)定含水率，%。

按預(yù)定含水率制備試樣，并編號A1，A2，A3，A4，A5。

同上方法制備摻入消石灰、沙礫、水泥、粉煤灰、二灰試樣，并編號。制備好試樣后便可分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)。

4 結(jié)語

通過添加不同改良劑后改性紅粘土，使得紅粘土強(qiáng)度得到相應(yīng)的增強(qiáng)，從而達(dá)到工程建設(shè)需要。再綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)用等方面情況選擇出最優(yōu)的改良劑，發(fā)揮其最大的實(shí)際效果和利用價值，有效整合資源管理效果。