林芝粉土的基本物理力学性质与路用性能试验研究

袁赛峰 张福海 施海建 陈新芳 王培清

(1.西藏大学农牧学院，西藏 林芝 860000；2.河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210000； 3.河海大学水文与水资源学院，江苏 南京 210000)



林芝粉土的基本物理力学性质与路用性能试验研究

袁赛峰1张福海2*施海建2陈新芳3王培清1

(1.西藏大学农牧学院，西藏 林芝 860000；2.河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210000； 3.河海大学水文与水资源学院，江苏 南京 210000)

通过试验，从界限含水率、比重、水稳定性能、击实等方面，分析了西藏林芝粉土的基本物理力学性能，指出林芝粉土为低液限粉土，浸水快速崩解，CBR小于5%，不能直接作为二级公路路基的上路床填料。

粉土，物理力学性质，路用性能，实验方案

在路基填筑前，往往需要对用作路基填料的土进行大量的实验，以此对其进行分类，并评价其能否直接作为路基填料。对于粉土的基本物理力学性质方面及路用性能试验研究方面，武科等[1]对取自黄河冲积平原的粉土进行了不同击实功、不同压实度条件下的室内重型击实实验，得出随着击实功的增大，粉土的最大干密度逐渐增大，而最优含水率逐渐减小，相同压实度条件下，随着击实功的增大，粉土的孔隙比微弱减小。郭玉民等[2]，对菏泽地区的粉土进行了界限含水率、击实、CBR等实验，得出菏泽粉土的塑性指数小于10，最优含水率为12%～15%之间，96%压实度条件下的CBR为3%～5%，不能满足一级公路的要求。上述研究目前主要集中在黄河冲积平原地区的粉土，对于西藏林芝地区的区域性粉土的物理力学特性及路用性能的研究，目前未有相关报道。通过研究林芝地区粉土的基本物理力学性质及路用性能，为西藏林芝地区的公路建设、养护提供理论参数。

1 实验方案

本次实验所用粉土采自林芝市巴宜区至波密公路比日神山山脚路段的坡积粉土，取土深度为土层表面以下3 m～5 m处，外观呈深灰～黑色。

对于自然含水率的测试，无需风干直接进行测试，其他实验，均需要先将粉土试样自然风干，之后按照JTG D30—2004公路路基设计规范的要求进行试验。

2 实验结果与分析

2.1 素土的颗分实验

通过颗粒分析实验得出，素土的颗粒分布曲线见图1。

由图1颗粒分析实验结果可知，细颗粒(≤0.075 mm)占总质量的83.5%，属于细粒土，其中粘粒(<0.005 mm)含量占8.8%，粉粒(0.005 mm～0.075 mm)的含量占74.7%，属于粉土。

2.2 素土的天然含水率、界限含水率等指标

通过含水率实验、TOC有机质测试、易溶盐含量测试、界限含水率实验和土粒比重实验，得出林芝粉土的素土的常用物理特性指标见表1。

由表1可以看出，粉土素土的有机质含量为0.71%，属于无机质土。易溶盐含量0.018%<0.3%，属于非盐渍土。由液限指数31.5%<40%，塑性指数Ip=9.5可知，其为低液限土，结合前述的颗分实验结果，可得出素土试样为低液限粉土。

2.3 素土的重型击实实验

在路基的填筑前，必须准确得出土的压实性能和最大干密度、最优含水率。因此有必要对粉土素土进行重型击实实验。运用桶径15.2 cm的重型击实仪，分五层进行击实，每层27次，通过对粉土素土进行重型击实实验，得出素土的击实曲线及饱和曲线见图2。

由图2可知，粉土素土的最大干密度为1.69 g/cm3，最优含水率17.2%。素土击实曲线右侧干密度下降速度均快于左侧的上升速度，都呈现出“左缓右陡”的形态，即在达到最优含水率前，试样干密度随含水量的增长而缓慢增长，在达到最优含水率后，粉土干密度快速下降，变成“弹簧土”。

因此，在粉土的施工过程中，必须严格抽查、控制含水率，使含水率始终保持为最优含水率附近，如果不能完全保证最优含水率，也应该使其含水率尽量略小于最优含水率来进行压实。素土饱和线偏离击实曲线均较远，这是由于素土虽然经过压实，但因其颗粒比较集中于粉粒，导致粉粒与粉粒之间的孔隙较大，素土难以压实，这和文献[3][4]得出的结论类似。

2.4 素土的水稳性能实验

为评价粉土的水稳定性能，将素土土样按照最优含水率和最大干密度在96%压实度条件下制成直径50 mm、高度50 mm的无侧限试样，放入玻璃烧杯中进行浸水崩解实验。

粉土的素土试样在泡水的过程中，出现崩解现象，随着时间的推移，粉土素土试样的崩解越来越快，10 min内即全部崩解。这也说明了粉土素土水稳性能极差，在作为路基填料时，路基边坡极易被流水冲刷、侵蚀，路基内部浸水后则容易出现软化变形等现象，因此不能直接用作二级公路路基上路床填料。

2.5 素土的浸水CBR实验

CBR是评价土能否用作路基填料的重要指标，按照JTG D30—2004公路路基设计规范对于二级公路的上路床，其CBR需满足不小于6%的要求[5]。因此有必要对粉土素土进行CBR贯入实验，以确定素土的CBR值。由于压实度的变化会对填料的CBR值产生影响，因此实验选取压实度为90%，93%，96%三种工况，进行素土的CBR贯入实验，实验结果见表2。

由表2可以看出，素土的CBR值随着压实度的提高而增长，且压实度越高增长越快，即93%压实度时，相对90%压实度增长了18.52%，96%压实度相对于93%压实度增长了34.69%，这与文献[6]～[9]的结论类似。素土即使在96%压实度的情况下，CBR值也只有4.9%，不能满足二级公路填方路基上路床CBR≥6%的要求。

由表2也可以看出，素土的膨胀率随着压实度的提高而呈现增长。即压实度越高，膨胀率越大。粉土素土的浸水CBR实验中的膨胀率非常微弱，在96%压实度的条件下，其膨胀率为0.63%<1%。因此林芝粉土素土的膨胀率微弱，其膨胀性可以忽略不计。

2.6 素土的无侧限抗压强度实验

由于无侧限抗压强度也是评价路基填料性能的一项重要指标，因此有必要通过无侧限抗压强度实验对其进行评价。由于粉土素土的水稳定性能非常差，浸水快速崩解(这在前述浸水崩解实验中已有记录)，因此为了得到其无侧限抗压强度，将其按照96%的压实度以及最优含水率制作成高度50 mm、直径50 mm的无侧限试样后，不经过泡水直接对其进行无侧限抗压强度实验,本实验共进行6次平行实验，实验结果如表3所示。

由表3可知，粉土在不浸水的条件下，其96%压实度时无侧限抗压强度比较小，仅有185.7 kPa，而在浸水的条件下，其快速崩解，几乎没有强度。

3 结论与建议

1)林芝粉土的天然含水率在13%～24%之间。为无机质土、非盐渍土。粉土颗粒组成以粉粒为主，粘粒和粗颗粒含量少，液限小于40，塑性指数小于10，属于低液限粉土，比重为2.63。

2)素土的最大干密度为1.69 g/cm3，最优含水率17.2%。击实曲线的形态呈现“左缓右陡”的形态，在含水率超过最优含水率之后干密度快速下降。因此，在粉土的压实过程中，最好在接近最优含水率附近进行压实。因粉土素土颗粒比较集中于粉粒，导致粉粒与粉粒之间的孔隙较大，素土难以压实，在击实曲线形态上表现为击实曲线偏离饱和曲线较远。

3)粉土的水稳定性差，在10 min内即全部崩解。因此，林芝粉土素土一般不能直接用作路基填料，如必须用作路基填料，则必须改善其水稳定性。

4)粉土在96%压实度的条件下，CBR值也只有4.9%，不能满足二级公路路基的上路床填料CBR≥6%的要求。粉土的浸水膨胀率非常微弱，在96%压实度条件下，其膨胀率小于1%，属于不膨胀土。

5)通过素土在不浸水条件下的无侧限抗压强度实验，得出96%压实度素土的无侧限抗压强度为185.7 kPa；在浸水条件下，粉土在10 min内快速软化崩解，几乎没有强度，因此林芝粉土的强度较弱。

6)通过综合评价以上指标，可知林芝粉土的素土不能直接用作二级公路上路床填料。因此在路基填筑时，只能弃方换填较好的路基填料(如级配碎石或粘土)，如果弃方换填成本较高时，则可采用在粉土中掺砂或者少量水泥(按照外掺法计算，一般小于6%)的方法进行物理或化学改良，之后再进行路基上路床的填筑。

[1] 武 科,马国梁,马明月,等.公路路基粉土工程特性试验研究[J].中南大学学报(自然科学版),2009,40(6):1724-1731.

[2] 郭玉民,姜文晓.粉土的物理力学性质研究[J].山东交通科技,2014(6):101-103.

[3] 李 兰,王兰民,石玉成.粘粒含量对甘肃黄土抗液化性能的影响[J].世界地震工程,2007,23(4):102-106.

[4] 李 兰,王兰民.含粘粒量黄土抗震陷性能的试验研究[J].水文地质工程地质,2007(3):63-66.

[5] JTG D30—2004，公路路基设计规范[S].

[6] 朱 永,宗旭辉.粉质土的土质特性及处治方法[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2013,32(2)：206-207.

[7] 董国栋.高等级公路建设中粉煤灰的应用[J].北方交通,2009(1):63-64.

[8] 孙晨晴,崔 巍,牛明珠.黑龙江省粘性土路基的强度评价[J].黑龙江交通科技,2004,27(7):47-48.

[9] 孙晨晴,徐 爽.黑龙江省粘性土路基填料CBR值评价[J].公路,2004(5)：77-79.

On basic physical dynamic properties of silt in Linzhi and its traffic performance test

Yuan Saifeng1Zhang Fuhai2*Shi Haijian2Chen Xinfang3Wang Peiqing1

(1.CollegeofAgricultureandHusbandry,TibetUniversity,Linzhi860000,China; 2.CollegeofCivilEngineeringandCommunications,HohaiUniversity,Nanjing210000,China; 3.CollegeofHydrologyandWaterResources,HohaiUniversity,Nanjing210000,China)

According to the tests, the paper analyzes basic physical dynamic property of the silt of Linzhi in Tibet from the water ratio limit, proportion, water stability performance, and compaction, and points out the silt of Linzhi has low liquid-limit and disintergrates rapidly in water, and its CBR is less than 5 percent, so it can not be directly used as the roadbed filler of secondary roads.

silt, physical dynamic property, traffic performance, test scheme

1009-6825(2016)24-0088-02

2016-06-17

袁赛峰(1987- )，男，工程硕士，助理实验师

张福海

U214.11

A