石灰对云南膨胀土力学特性影响的试验研究

董红艳 代启亮 李玉华 王宝龙 高贵全 雷腾云

(1.云南农业大学水利学院，云南 昆明 650201； 2.中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600；3.黑龙江和信勘测设计有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000； 4.云南农业大学教务处，云南 昆明 650201)



石灰对云南膨胀土力学特性影响的试验研究

董红艳1代启亮1李玉华2王宝龙3高贵全4雷腾云1

(1.云南农业大学水利学院，云南 昆明 650201； 2.中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600；3.黑龙江和信勘测设计有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000； 4.云南农业大学教务处，云南 昆明 650201)

选取云南省典型的湖相沉积型膨胀土土样，以石灰为改良剂对其进行化学改良，并对改良的膨胀土进行三轴剪切试验，结果表明，石灰改性土中石灰的最优掺量为5.5%，为工程实践中膨胀土改良提供了一定的依据。

膨胀土，石灰，三轴剪切试验，掺灰比

0 引言

膨胀土是一种主要由强亲水性粘土矿物成分(蒙脱石和伊利石)组成的，具有膨胀结构以及多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘性土，也是典型的非饱和土。统计分析得出云南省膨胀土以湖相沉积型为主，因此本次研究选取典型的湖相沉积型膨胀土土样，以期研究结果更具代表性和实用性。

石灰的掺入量和改性土的强度为非线性关系[1-3]，因此需要确定膨胀土的最优掺灰量，才能使改性效果最理想。研究表明，改性土达到最大pH值的石灰用量为最优掺量[4]。本文石灰掺入剂量分别为0%，3%，5%，7%和9%，通过三轴剪切试验，以确定石灰改性土中石灰的最优掺量。

1 试验用土

为了使研究更具代表性和说服力，本次研究选取两个典型的湖相沉积型膨胀土分布区进行取样。土样分别取自曲靖市沾益县水务局附近和昆明市昆曲高速路口附近，将沾益县水务局附近的土样记为1号土样，昆明市昆曲高速路口附近的土样记为2号土样。其中，取1号土样时正值下雨，挖深至地下3 m取土，取出的膨胀土呈块状，灰白色，土质细腻，粘性很大，铲出时十分费力，手摸上去有明显的滑腻感，多裂隙；2号土样颜色呈灰白，呈硬塑状态，强度较高，浸水后迅速软化、崩解，强度大大降低，两种土样均属湖相沉积型。

将全部土样风干，碾碎，过0.5 mm筛，将2号土样全部放入预备好的储物盒中，待测定其基本的物理、力学指标。将1号土样分为5等份，分别放入贴有不同标号的储物盒中，第1份不掺加任何物质，用于测定膨胀土的基本物理力学特性，如表1，表2所示。其余4份分别用于改性试验，配制成石灰(基本性质如表3所示)改性土，其中石灰含量分别为3%，5%，7%，9%。将每份土样拌匀，盖好盒盖，密封28 d后开展改性试验。

表1 1号土样主要物理力学特性表

表2 2号土样主要物理力学特性表

表3 石灰基本性质

2 三轴剪切试验

膨胀土的抗剪强度指标粘聚力c和内摩擦角φ可以通过抗剪强度试验获得，为了测得膨胀土的粘聚力和内摩擦角，本次研究对素土及改性土均分别进行不固结不排水剪(UU)的三轴压缩试验。

称取一定量的风干土样，按最优含水率计算出需要加的水量，将需要加的水量喷洒到土料上，拌匀，密封静置24 h。取出土料复测其含水率，至其与最优含水率差值小于±1%。根据最大干密度及击实筒体积计算出试样质量，称取试样，均分为5份，将第1份装入三瓣膜制样器中，击实至预定高度，将其表面刨毛5 mm，然后放入第二层土，重复上述操作，将土样分五层击实，拆掉三瓣膜，称量试样重量，准确至0.1 g，复核试样密度，当试样密度与最大干密度差值小于±0.02 g/cm3时，制样成功，四个试样为一组。对压力室底座充水，然后将橡皮膜套在承膜筒内，将试样套在橡皮膜内，取出承膜筒，用橡皮圈将橡皮膜分别扎紧在压力室底座和试样帽上，装上压力室罩。开排气孔，向压力室充水，当压力室内快注满水时，降低进水速度，水从排气孔溢出时，关闭排气孔。关体变管阀及孔隙压力阀，开周围压力阀加至所需围压。旋转手轮及活塞，轴向测力计有微读数时，将轴向测力计和轴向位移计调至0。其余三个试样按上述方法进行同样的操作，每组试样施加的围压均不同，一组四个试样分别按100 kPa，200 kPa，300 kPa，400 kPa施加围压。利用剪切破坏时得到的最大主应力绘制一组极限应力圆，做出公切线，公切线与横坐标的夹角为土的内摩擦角，公切线与纵坐标的截距即为土的粘聚力。

3 试验结果

通过对不同掺灰比的试样进行三轴剪切试验，所得结果如表4所示。

同时由图1，图2可知，掺灰比在0%～5.7%(0%～3.8%)以内时，随着掺灰比的增大，粘聚力(内摩擦角)不断增大，当掺灰比超过5.7%(3.8%)后，粘聚力和内摩擦角则随着掺灰比的增大而变小。主要是因为在石灰(或粉煤灰)含量增加过程中，土中的粗颗粒先增加，当石灰含量达到一定程度时，土中粗颗粒又减少造成的。

表4 石灰改性土三轴压缩试验结果

4 结语

1)通过对三轴剪切试验结果的分析，可以看出改性后的膨胀土力学性质得到了增强。

2)试验结果分析表明，石灰改性土中石灰的最优掺量为5.5%，为工程实践中对膨胀土进行改良提供了一定的依据。

[1] [英]F.G.Bell,MSc,phD，等.用石灰对黏性土的处理与稳定[J].江锡民，译.路基工程，1990，28(1):69-82.

[2] 马 冀.用石灰改变裂土工程性质[J].路基工程，1985，2(4):43-48.

[3] [日]石田宏.生石灰粉末稳定黏土的强度特性[J].邹天隆，译.路基工程，1990，15(6):59-66.

[4] 林陇安，王秉勇.改性裂隙黏土工程性质的一种有效措施——石灰土[J].路基工程，1988，17(2):36-39.

Experimental study on the effect of lime on the mechanical properties of expansive soil in Yunnan

Dong Hongyan1Dai Qiliang1Li Yuhua2Wang Baolong3Gao Guiquan4Lei Tengyun1

(1.YunnanAgriculturalUniversity，CollegeofWaterConservancy，Kunming650201,China；2.FifthSurveyandDesignInstituteofChinaRailwayGroupCo.,Ltd，Beijing102600,China；3.HeilongjiangHexinSurvey&DesignCo.,Ltd,Harbin150000,China；4.YunnanAgriculturalUniversity,TeachingAdministrationOffice,Kunming650201,China)

This paper selects the Yunnan province typical lake phase deposition type expansive soil samples and using lime as modifiers on the modification. The results of three-axis shear test on the improved expansive soil showed that the optimum content of lime in the lime-modified soil was 5.5%. It provides a certain basis for the improvement of expansive soil in engineering practice.

expansive soil, lime, three-axis shear test, fly ash ratio

1009-6825(2016)20-0058-03

2016-05-09

董红艳(1990- )，女，在读硕士； 代启亮(1983- )，男，硕士，讲师； 李玉华(1985- )，女，硕士；

TU411.3

A

王宝龙(1990- )，男，硕士； 高贵全(1968- )，男，教授； 雷腾云(1986- )，男，硕士，讲师