南阳膨胀土膨胀特性的试验研究

2013-08-29王志强

中国水能及电气化 2013年4期

王志强赵祥

(烟台金宇岩土有限责任公司，山东烟台 26400)

膨胀土含有大量亲水矿物质，由于其含水量变化时有较大体积变化，变形受约束时产生较大内应力，故其具有遇水膨胀、崩解、软化，失水收缩、干裂、硬化等工程特性。膨胀土的危害主要是由其吸水膨胀、失水收缩引起的，当土体含水率增加时其体积发生膨胀并产生膨胀力，当土体失水时其体积收缩并产生裂缝，不均匀的膨胀收缩会使土体的强度降低，造成工程坡体失稳滑塌等工程灾害。

膨胀力和胀缩变形的规律一直是膨胀土研究的重点内容。

1通过试验研究了含水率、干密度、饱和度等膨胀土的物理指标对膨胀特性和抗剪强度参数c和φ的影响，

参考文献2讨论了膨胀土的干湿循环对其变形和强度的影响，

参考文献3研究了膨胀土的掺灰改性问题。这些研究都取得了一定成果。本文在此基础上通过试验分析，讨论上覆压力、起始干密度、起始含水率对土体膨胀特性的影响。

1 试验方法

1.1 试验土样的物理力学性质

试验土样取自南水北调中线工程南阳市卧龙区桩号101+850～102+550某处，颜色呈褐色，其中混有钙质结核，在实验室内将土样倒出拌匀并剔除结核类物质，将土样中的团块状物质尽量捣碎。土样的物理力学性质见表1，根据《膨胀土地区建筑技术规范》可以判别试验土样为低液限弱膨胀性黏土。

1.2 击实试验

将上述部分土样过5mm筛，将筛下的土样搅拌均匀并测定其风干含水率，按《土工试验规程》进行轻型击实试验。得到击实曲线如图1所示，最优含水率为21.4%，最大干密度为1.65g/cm3。

表1 土样物理力学性质

图1 弱膨胀土击实曲线

1.3 压实土的膨胀率试验

试验采用重塑土，制样采用质量控制法，初始含水率分别按最优级含水量－2%、最优级含水量和最优级含水量+2%的3种含水量备样，土样的设计压实度为90%、93%和96%。需要的湿土质量采取以下公式计算:

式中 λ——土样的压实度;

ρd——土样干密度，g/cm3;

v——土样环刀的体积，cm3;

ω——土样的含水率，%。

试样制备:①将碾碎的风干土样过2 mm筛，充分搅拌均匀;②测定风干含水率，计算配置19.4%、21.4%和23.4%含水率的土样所需的加水量;③用喷雾器喷洒预计的含水量，然后将搅拌的土样装入塑料袋，扎紧袋口后放置于保湿缸内静置24 h以上，以确保土样水分均匀;④用烘干法量测土样的含水量(T=105～110℃，t≥8 h)，按上式计算制备环刀土样所需的质量。

对每种含水率土样分别按最大干密度的90%、93%和96%制备试样，进行有荷膨胀率试验 (最大竖向荷载为100 kPa，应大于其膨胀力)。

试验前一天将试样顶面和底面的透水石放入试样袋中与试样一起密封24h，使透水石的含水率与试样的含水率一致。将环刀装入固结仪中，设定荷载为6.25kPa、12.5kPa、25kPa、50kPa和100kPa，且最大竖向荷载应大于试样的膨胀力。同时在试样周围塞上湿棉花，防止试验过程中水分的蒸发，使试样在不同竖向荷载的作用下固结稳定。在试样固结稳定后，向固结仪中加水，使水面高出试样底面5mm，使试样在毛细压力作用下自由吸水膨胀。当两次读数不超过0.01mm时，可认为试样膨胀 (压缩)稳定。

2 试验结果及分析

2.1 同一压实度下不同含水率的有荷膨胀率

压实度为90%、93%和96%的三种试样，分别在不同含水率条件下的有荷膨胀率试验结果如图2所示。从图中可见，在压实度和上覆荷载相同的条件下，起始含水率越低的试样在各级荷载下产生的膨胀率越大。这是因为对同一种膨胀土，起始含水率越低，越具有相对较大的膨胀潜势，可以产生出较大的膨胀力。因此，相同压力下，起始含水率越低，膨胀土样的有荷膨胀率越高。