雅安地区过湿土物理力学性质试验研究

2010-01-15王遂泸

四川建筑 2010年6期

关键词：压缩性土样抗剪

饶平,王遂泸,周州,龚成,陈科

(四川蜀渝石油建筑安装工程有限责任公司,四川成都 610017)

雅安地区过湿土物理力学性质试验研究

饶平,王遂泸,周州,龚成,陈科

(四川蜀渝石油建筑安装工程有限责任公司,四川成都 610017)

雅安地区由于经常降雨,使得该地区的地基土长期处于过湿状态,给土建工程尤其是道路工程带来了很多不便。为查明这种过湿土的工程性质,为道路工程施工提供依据,对雅安地区过湿土的基本物理力学性质进行了初步试验研究。结果表明,该土作为路基填料的工程性质较差,不能直接用于路基填筑,必须对其采取改良措施。

过湿土; 物理性质; 力学性质; 试验研究

雅安市位于四川盆地西部边缘,素有“雨城”之称,年平均降雨天数 218天,为四川的多雨中心。经常降雨使该地区的地基土长期处于过湿状态,从而形成含水量大,难以碾压,承载力差的过湿土,给土建工程尤其是道路施工带来诸多不便。因此,为了促进雅安地区的经济发展,必须对雅安地区过湿土进行处治。

众所周知,土的物理力学性质指标对于反映土的工程特性具有重要的实用价值,也是研究土体性质的重要尺度。因此,在对雅安地区过湿土进行处治之前,必须先对其物理力学性质进行试验研究。

1 试验土样与试验内容

1.1 试验土样

为了更真实有效地反映雅安地区过湿土的物理状态,故选择雨后现场取样。试验所用过湿土取自四川省雅安市郊公路边,埋深为 0.2～1m,外观为棕黄色,可塑性好。为了便于进行试验研究,对原状土和扰动土分别取样。

1.2 试验内容

该试验研究由基本物理性质试验和基本力学性质试验两部分组成。其中,基本物理性质试验包括三项基本物理指标试验、液塑限试验、击实试验和固结压缩试验四部分;基本力学试验包括直接剪切试验、回弹试验和CBR试验三部分。试验过程均严格遵循《公路土工试验规程》(JTJ 051― 93)中的各项规定进行。

2 试验结果及分析

2.1 基本物理性质试验结果及分析

2.1.1 三项基本物理指标试验

密度、土粒重度和含水量是土的三项基本物理性质指标。按照规范要求,分别对原状土样进行密度试验、土粒重度试验和含水量试验,试验结果如表 1所示。

由以上数据得出,雅安地区过湿土在天然状态下含水量高,孔隙比大,干密度小,处于饱和状态。

2.1.2 液塑限试验

细粒土的性质主要取决于土粒和水相互作用的状态,土中含水量的不同,可使土处于坚硬、可塑或流动状态。因此,为了测试雅安过湿土的软硬程度,从而进一步确定该土的性质,采用液塑限联合测定法对其进行测试。试验结果如表 2所示。

由以上数据得出,雅安地区过湿土土样的塑性指数分别为13.4、16.9和16.5,均位于10

2.1.3 击实试验

为了控制路基的压实度,必须掌握填料的压实特性。击实试验是表征土压实特性的较为普遍的试验方法。击实试验是测定试样在标准击实功作用下含水率与干密度之间的关系,从而确定试样最优含水率和最大干密度的试验方法。试验使用标准击实仪,采用重型击实方法进行。试验结果见图 1所示。

图1 击实曲线图

从图 1可以看出,雅安地区过湿土的最优含水率约为13.6%,与天然含水率相差接近 30个百分点。这将使得路基压实机械无法正常碾压,同时也难以获得满意的压实度,从而无法保障路基的承载力。

2.1.4 固结压缩试验

土在压力作用下体积会缩小,土的这种特性叫土的压缩性。由于土具有压缩性,致使地基在压力作用下,会发生沉降变形。而土的压缩系数是评价土压缩性高低的重要指标之一,为此一般通过标准固结压缩试验来测试土的压缩系数进而研究土的压缩变形。试验结果见图2所示。

图2 e～p曲线图

由于土的压缩系数不是一个常数,因此工程实践中常采用压力间隔由p1=100 kPa增加到p2=200 kPa时所得的压缩系数 a1-2评定土的压缩性高低。由图 2可以得出,雅安地区过湿土的压缩系数a1-2为1.08MPa-1,大于0.5MPa-1,属于高压缩性土。

2.2 基本力学性质试验结果及分析

2.2.1 直接剪切试验

为了保证工程的安全与正常使用,必须确保路基土的强度足以承受上部的荷载。而土的强度特指抗剪强度,一般用抗剪强度指标摩擦角 φ和粘聚力 c来表示。

试验采用慢剪试验方法,共 4个试样,分别施加 50～200 kPa的不同垂直压力,再分别对它们施加水平剪切力进行剪切,求得破坏时的剪应力 τ亦即抗剪强度S。以抗剪强度 S为纵坐标,垂直压力p为横坐标,绘制S-p关系曲线,如图3所示。

图3 抗剪强度与垂直压力关系曲线图

根据库仑定律可确定土的抗剪强度参数为:c为 7.0 kPa,φ为13.3°。

2.2.2 CBR试验

CBR试验是指标准试件浸水 96 h,饱和后进行贯入试验,当贯入量达到 2.5mm时,单位压力与标准碎石压入相同贯入量时标准荷载压强的比值。CBR值能表征材料抵抗局部荷载压入变形的能力,是一种评定路基或路面材料承载能力的强度指标。试验采用贯入法,在按重型击实制备标准试样,浸泡四天进行试验。试验结果见表 3所示。

由以上试验结果得出,雅安地区过湿土的 CBR值很低, CBR2.5(%)和CBR5.0(%)分别为0.76和0.73,小于规范规定值 2.0。膨胀量数值反映了土样的水稳定性,而试验中土样的膨胀量为 4.31%,说明雅安地区过湿土的水稳定性不好。

2.2.3 回弹模量试验

回弹模量是指路基、路面及筑路材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值。《公路土工试验规程》规范中回弹模量的测定有两种方法:杠杆压力仪法和强度仪法。参照其它试验中素土强度较低的力学特性试验结果,决定采用杠杆压力仪法对素土进行试验。试验所得土的回弹模量由 3个平行试验的平均值确定,试验结果见表 4所示。