灰土配比的分析研究

李 向 義

(中石化中原建設(shè)工程有限公司，河南 濮陽 457001)

灰土配比的分析研究

李 向 義

(中石化中原建設(shè)工程有限公司，河南 濮陽 457001)

根據(jù)黃土地基處理工程的需要，通過擊實(shí)、剪切、滲透等室內(nèi)試驗(yàn)，研究了灰土在不同含水率、不同配比條件下，其力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律，并推出當(dāng)c，φ值最大時(shí)，對應(yīng)的含水率為灰土的最優(yōu)含水率的規(guī)律，為灰土的實(shí)際工程應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

灰土，配比，擊實(shí)，滲透性，抗剪強(qiáng)度

灰土是指將消石灰粉或生石灰粉摻入各種粉碎或原來松散的土中，經(jīng)拌合、壓實(shí)及養(yǎng)護(hù)后得到的混合料[1，2]，不僅可以提高地基承載力，而且與同樣要求效果的其他處理方法和方案相比更為廉價(jià)。雖然國內(nèi)外學(xué)者對石灰加固土的機(jī)理和石灰與土之間的微觀反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了大量研究[3-5]，并取得了一些重要成果，但有關(guān)灰土的工程力學(xué)性質(zhì)研究仍遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐，工程中灰土設(shè)計(jì)參數(shù)的選取仍依賴于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。此外，在對工程中的灰土墊層進(jìn)行質(zhì)量檢測時(shí)，經(jīng)常會出現(xiàn)配比大的灰土其強(qiáng)度小于配比較小的灰土的情況，對其施工質(zhì)量評定難以進(jìn)行。本文基于這一現(xiàn)狀，通過較長持續(xù)時(shí)間的室內(nèi)試驗(yàn)，分析了灰土的力學(xué)性質(zhì)隨含水率和配比變化的規(guī)律性。

1 室內(nèi)試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)方法及目的

將西北地區(qū)分布較廣的黃土狀粉土與不同比例的石灰材料[6]拌合后進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行濕陷、壓縮、剪切、滲透等試驗(yàn)。通過室內(nèi)不同配比的對比試驗(yàn)，對灰土的工程特性[7]隨含水率和配比變化的規(guī)律性進(jìn)行分析與研究，深入認(rèn)識控制灰土配比對濕陷性黃土地基工程質(zhì)量的影響?；彝潦墙?jīng)過人工形成的改良土，其性質(zhì)隨配比的變化而變化。

1.2 試驗(yàn)材料和試件制備

本試驗(yàn)所用的黃土取自蘭州市九州臺[8]，其主要物理性質(zhì)指標(biāo)見表1，鑒于有關(guān)灰土的試驗(yàn)?zāi)壳吧袩o國家規(guī)范可依，灰土的擊實(shí)試樣參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[9]制備。正式制備試樣前，先通過室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定各不同配比灰土的最優(yōu)含水率和最大干密度，之后將土樣在室內(nèi)風(fēng)干，再將碾碎的黃土和石灰過5 mm土工篩，按灰與土體積為2∶8，2.5∶7.5和3∶7三種比例配制灰土，并按設(shè)計(jì)的不同含水率加水、拌勻，靜置24 h后用擊實(shí)儀進(jìn)行擊實(shí)，以確定其最優(yōu)含水率和最大干密度。試驗(yàn)所用的儀器為南京土壤儀器廠有限公司提供的JDS-2型數(shù)控電動(dòng)擊實(shí)儀和DTM-2型電動(dòng)脫模機(jī)。

表1 試驗(yàn)用土的物理性質(zhì)指標(biāo)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同配比對灰土擊實(shí)性質(zhì)的影響

根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果可知(見表2)：2∶8灰土、2.5∶7.5灰土、3∶7灰土的最優(yōu)含水率分別為19.6%，21.9%和22.8%，相對應(yīng)的最大干密度分別為1.61，1.58和1.56；與表1比較說明，素土中摻入一定比例的石灰可提高地基土的最優(yōu)含水率和干密度。從擊實(shí)曲線中看出(見圖1)：配比不同時(shí)，隨著石灰含量的增大，最優(yōu)含水率逐漸增大，最大干密度逐漸減小；配比相同時(shí)，隨著含水率的增大，干密度出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

表2 灰土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

2.2 不同配比對滲透性的影響

將不同配比的擊實(shí)土樣按標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)后，進(jìn)行滲透試驗(yàn)，穩(wěn)定后的滲透系數(shù)見表3。

表3 不同配比滲透系數(shù) cm/s

由表3可以看出：素土的滲透系數(shù)高于灰土的滲透系數(shù)，且在一定范圍內(nèi)隨著石灰含量的增大，滲透系數(shù)出現(xiàn)不同程度的減小，說明灰土有一定的防水下滲的能力。

依據(jù)圖2和圖3可知：素土滲透系數(shù)呈現(xiàn)先減小，后有所增大，再減小最后達(dá)到某一穩(wěn)定值的規(guī)律；3∶7灰土滲透系數(shù)基本是一直波動(dòng)增大，直至穩(wěn)定。

2.3 不同配比對抗剪強(qiáng)度的影響

含水率與粘聚力及內(nèi)摩擦角的關(guān)系見圖4，圖5。

試驗(yàn)結(jié)果說明：含水率不同條件下，無論是2∶8灰土、2.5∶7.5

灰土還是3∶7灰土，其c，φ值都明顯大于素土，再次說明摻入石灰后，黃土性質(zhì)得到了改善，其抗剪強(qiáng)度大大提升；配比相同時(shí)，隨著含水率的增加，c，φ值都出現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律；含水率相同時(shí)，隨著配比的增大，c，φ值整體上呈增大趨勢。因此也可推出，c，φ值最大的時(shí)候?qū)?yīng)的含水率為灰土的最優(yōu)含水率。

3 結(jié)語

1)灰土能提高地基土的承載力，其強(qiáng)度隨含水率和配比有較大程度的變化，施工中應(yīng)盡量使灰土的含水率接近其最優(yōu)含水率，同時(shí)本著寧低勿高的原則；2)黃土的滲透系數(shù)比灰土的高，且在一定范圍內(nèi)隨著石灰含量的增大，滲透系數(shù)出現(xiàn)不同程度的減小，說明灰土能防止地表水的下滲，進(jìn)而削弱黃土地基的濕陷性；3)含水率不同時(shí)，灰土的c，φ值明顯大于黃土，抗剪強(qiáng)度得到提升，黃土性質(zhì)得到改善；配比相同時(shí)，隨著含水率的增加，c，φ值都出現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律；含水率相同時(shí)，隨著配比的增大，c，φ值整體上呈增大趨勢。因此可推，c，φ值最大時(shí)對應(yīng)的含水率為灰土的最優(yōu)含水率；4)室內(nèi)配比試驗(yàn)與現(xiàn)場檢測成果具有一定差異，今后地基處理設(shè)計(jì)、施工過程中應(yīng)加強(qiáng)室內(nèi)外配比對比試驗(yàn)，使配比試驗(yàn)更好地指導(dǎo)地基處理設(shè)計(jì)與施工，使地基處理更趨于經(jīng)濟(jì)合理，達(dá)到更佳處理效果。

[1] 劉有科.灰土強(qiáng)度影響因素及其本構(gòu)關(guān)系的研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2004.

[2] Soyez B,Magnan J P,Delfaut A.Loading tests on a claey hydraulic fill stabilized by lime-treated Soil Columns[C].London:British Geotechnical Society,1983.

[3] 高國瑞.灰土增強(qiáng)機(jī)理探討[J].巖土工程學(xué)報(bào),1982,4(1):27-28.

[4] 楊志強(qiáng)，郭見揚(yáng).石灰處理土的物理力學(xué)性質(zhì)及其微觀機(jī)理的研究[J].巖土力學(xué),1991,12(3):11-23.

[5] 董玉文，張伯平，唐 林.黃土灰土的擊實(shí)性與抗剪性試驗(yàn)研究[J].西北水資源與水工程,2001,12(1):62-64.

[6] JCP T481-92，建筑消石灰粉的技術(shù)指標(biāo)[S].

[7] 韓曉雷，郅 彬.灰土強(qiáng)度影響因素研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2002,12(6):32-34.

[8] 張虎才，張林源.蘭州九州臺黃土剖面元素地球化學(xué)研究[J].地球化學(xué),1991,3(1):79-86.

[9] GB/T 50123-1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

Analysis of lime ratio

LI Xiang-yi

(SinopecPetroleumConstructionZhongyuanCorporation,Puyang457001,China)

According to the needs of loess foundation treatment works, through the compaction, shear, penetration and other indoor tests, the paper studies the variation of mechanical properties of lime-soil under the different moisture content and different ratios conditions. Addition obtained when the cohesioncand internal friction angleφmaximum, lime-soil moisture content is the optimum water content, and provides a theoretical basis for practical engineering application of lime-soil.

lime-soil, ratio, compaction, permeability, shear strength

1009-6825(2014)11-0106-02

2014-02-04

李向義(1987- )，男，助理工程師

TU444

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