低液限粉土压实特性试验研究

李丽慧， 张成兴

(许昌学院 土木工程学院，河南 许昌 461000)

低液限粉土压实特性试验研究

李丽慧， 张成兴

(许昌学院 土木工程学院，河南 许昌 461000)

摘要：针对粉土填筑路基易存在的问题，分析了不同级配的土样的压实特性、不同击实功对压实性能的影响及含水量对于压缩指标的影响.试验表明：粉土的压实特性复杂；压实功增加到一定程度，粉土的最大干密度不再增加；含水量对于粉土的压缩指标影响较大.路基压实过程中要选择恰当的压实机具及压实遍数；严格控制含水量，尤其是控制填土的含水量不大于最佳含水量，以保证填土路基的稳定性.

关键词：低液限粉土；级配；压实特性；压缩系数

根据土的工程分类，将界于砂类土与黏性土之间，塑性指数Ip≤10且粒径大于0.075 mm颗粒含量不超过全重50%的土[1-2]称为粉土.粉土的物理力学指标差异性较大，工程性质比较复杂[3].河南地区属黄淮冲积平原，低液限粉土分布广泛.在这样的地区建造公路，会遇到路基填土难以压实、路基沉降变形大、翻浆等问题[4-5]，是填方路基的主要病害[6].本文以河南省许昌地区的粉土为对象，研究其压实特性.

1粉土的物性特征

土样取自河南许昌地区某高速公路沿线.该地区粉土砂粒和黏粒成分较少，结构松散.按照《公路土工试验规程》[1](以下简称《规程》)试验方法，在同一平面位置的不同深度，取2组土样，测得土的颗粒组成及主要物理指标，见表1、表2及图1.根据图、表结果，两组土样的粒径分布曲线较为接近，均呈现出较陡的形状，粉粒含量为土样的主要成分，不均匀系数和曲率系数不满足Cu>5和1

表1　土的颗粒组成

表2　土的物理指标

2含水量对粉土压实的影响

按《规程》重型Ⅰ法进行击实试验，研究含水量对粉土压实的影响.击实曲线见图2和图3.可以看出：该粉土的击实曲线具有单峰值和双峰值两种形式，表明粉土的压实特性较为复杂.双峰压实曲线的最大干密度峰值左侧小于右侧，因此，应选择右侧较大值作为最佳含水量和最大干密度.分析出现双峰值原因：当含水量低时，增加含水量，水起到润滑的作用，rd很快增加到第一峰值.随着含水量的增加，≤0.005 mm 的颗粒表面形成了结合水膜，粉粒间的毛细引力增大，联结力增强，孔隙水压力增大，消散了部分击实功[7]，减弱了移动颗粒的作用，因此rd降低.而含水量则继续增加，水膜逐渐变厚，颗粒移动的自由度增大，击实促使颗粒重新排列，气体不断被排出[8]，密度逐步增大到第二个峰值，之后随着含水量的增大，干密度逐渐减小.

图1　土的级配曲线

图2　粉土1含水量——干密度曲线

3击实功对粉土压实的影响

取土样2以不同的击实功进行击实，粉土的击实试验结果见图4和表3所示.由图4和表3可以看出：(1)该粉土的最佳击实功为8 061 KJ·m-3.随着击实功的增大，土样的最大干密度有所增加，但是击实数超过81击后，最大干密度则不再增大；(2)随着击实功的增大，土样的最佳含水量有所减少；(3)该粉土的干密度和孔隙比随着击实功增大到一定程度，趋于稳定；(4)即使是加大击实功，该粉土的击实曲线仍偏离饱和曲线较远，表明粉土压实困难[9].因此，粉土路基填筑应选择适当的压实功，施工中选择合适的压实机具及合理的压实遍数，以达到最佳的压实效果.

图3　粉土2含水量——干密度曲线

图4　不同击实功作用下的击实曲线

击实功/(KJ·m-3)击实数最佳含水量ω/%最大干密度ρ/(g·m-3)孔隙比e饱和度Sr/%26872716.21.7320.5597853745415.11.7490.54474806181151.7820.515799752.89814.61.7810.51676

4粉土的压缩性能

图5　含水量与孔隙率曲线

为避免以粉土为路基填筑材料建成的公路路基沉降变形过大，接下来研究压实后粉土的压缩性能.土样2经标准击实制成重塑土，分别取略小于最佳含水量、最佳含水量和略大于最佳含水量的3组土样进行压缩试验，研究含水量对土样压缩性能的影响.试验结果见图5和表4. 压缩系数和压缩模量是反映土的压缩性能的主要指标.从以上实验结果可以看出，含水量对于粉土的压缩指标有一定影响.含水量略小于Wopt土样的压缩系数和压缩模量与Wopt土样比较，相差不大；但是含水量略大于Wopt的土样的压缩系数明显大于Wopt的土样，压缩模量反之.分析后表明：含水量略大于最佳含水量的土样的压缩性较大.由于压缩性较大的土容易产生较大沉降[10]，所以，为保证填土路基的稳定性，要严格控制粉土的含水量，尤其是含水量超过最佳含水量的粉土，必须进行处理，以减少填土的不稳定性.

表4　土的压缩指标

5结语

经试验分析，不同级配的粉土表现出了不同的压实特性，表明粉土的压实特性复杂.适当增加击实功可以增加粉土的干密度，但是增大到一定程度，干密度将不再增加.因此施工中，要选择适当的压实机具及压实遍数，以达到最佳的压实效果.粉土对含水量变化比较敏感，体现在压缩指标的变化.施工中应严格控制含水量，对于含水量大于最佳含水量的粉土必须要采取措施，降低其含水量，以减少工后沉降.

参考文献：

[1]JTG E40-2007土工试验规程[S].2007.

[2]GB50021-2001岩土勘察规范[S].2001.

[3]申爱琴,郑南翔,苏毅，等.含砂低液限粉土填筑路基压实机理及施工技术研究[J].中国公路学报,2000,13(4):12- 15.

[4]王操,柴贺军,阎宗岭.含砂低液限粉土的路基填筑技术综述[J].交通标准化,2008(1):82-85.

[5]刘丽萍.低液限粉土路基填料工程特性研究[J].交通标准化,2008(1):82-85.

[6]郑治,杨有辉.高填方路基沉降变形规律研究[J].路基工程,2010,32(2):65-66.

[7]唐延钦,巩喜彪.低液限粉土压实性状分析[J].公路交通科技,2012(1):95-99.

[8]苏永华,赵明华,刘晓明，等.粉质土工程特性试验研究[J].岩石力学与工程学报,2012，31(增1):3333-3338.

[9]姚彩霞,姚晓.低液限粉土压实特性试验研究[J].土工基础,2013,27(3):124-126.

[10]李振霞，陈渊召.低液限粉土的压实性能研究[J].河北工业大学学报,2007,36(2):78-82.

Experimental Study on the Compaction Property

of Low Liquid Limit Silt

LI Li-hui, ZHANG Cheng-xing

(SchoolofCivilEngineering,XuchangUniversity,Xuchang461000,China)

Abstract:To resolve the problems in silt subgrade, the compaction properties of different gradation soils, the effect of different compaction work on the property, and the influence of water content for compression index are studied in this paper. The tests show that the compaction properties of silts are complex. The maximum dry density of silt no longer increases when the compaction works to a certain extent, and the compression index is affected by the water content in silt. Therefore, proper compaction machine and compaction time should be adopted, and the water content should be controlled strictly to ensure that it does not exceed the optimum level in the process of subgrade compaction.

Key words:low liquid limit silt; gradation; compaction property; compression coefficient

责任编辑：卫世乾

中图分类号：U4

文献标识码：A

文章编号：1671-9824(2015)02-0093-03

作者简介：李丽慧(1971—)，女，黑龙江鸡西人，副教授，硕士，研究方向：道路工程.

基金项目：许昌市科技发展计划项目(1404011)；河南省教育厅自然科学研究资助项目(201210480027)；许昌学院科研基金项目(2014023)

收稿日期：2014-04-23