片状颗粒对地基加固的研究

李望蛟 李明 孙圣博 毛进 马榕

摘 要：地基的承载能力是建筑物安全，片状颗粒的加入对地基承载能力的强度特征。本文以5mm～25mm的片石颗粒为研究对象。通过三轴实验仪，进行了不同配比的固结不排水（CU）三轴剪贴试验，研究颗粒级配对地基承载能力的影响，试验结果表明：一定含量的片石颗粒使地基有良好的工作性，颗粒含量过多或者过少，均不能获得较高的强度。为施工中地基的加固处理和砂土级配的控制提供参考。

关键词：颗粒级配；基础加固；三轴剪贴实验

中图分类号：TU472 文献标志码：A

1 研究的目的和意义

我国地域辽阔，地质情况复杂多样，在工程中时常会遇到湿陷性黄土，盐渍土、冻土、岩溶等复杂地质情况。并且近年来随着经济的快速发展，基础建设的修建也随之越广，大量工程的修建对资源的消耗也迅速增加，对于大多数工程建设来说地基处理是必不可少的，而通过颗粒的级配来满足地基的承载能力和应对复杂的地质情况显得尤为重要，节省成本，保护环境。本文以5mm～25mm的片石颗粒为研究对象，通过三轴剪切试验测定土体的抗剪强度，研究以最实惠的颗粒级配对地基承载能力的影响，为施工企业今后的施工作业提供理论基础。

2 三轴试验方案

2.1 试验方案设计

本文三轴试验的研究对象是片状颗粒的碎石和粉砂按一定的配比组合构成试验原材料，研究在不同配比下样品的各种应力应变关系。在满足施工的条件下，考虑片状颗粒砂土的强度和工程经济性，三轴剪切试验方案见表1，共计3组配比，九组试验，分别施加不同的围压（试验调整为整个试验能顺利完成的600kPa低围压）。配比15%表示片状颗粒在整份样品中质量。

2.2 试验方法及仪器

试验制样模具为特定的圆柱形钢制模具，模具内径10cm、高20cm。制样前在模具内部均匀涂一层凡士林，以便顺利脱模，共分4层装入，每层加入一定厚度后进行振捣夯实，测量模具内部试样的高度进行调整下次装样的质量，划松表面，进行下次装样，试样装完之后，刮平表面，一般静置24h后进行脱模，脱模后的试样用保鲜膜密封，等待进行三轴剪切试验。

试验方法为固结不排水试验（CU试验）。试验前先进行饱和处理，采用抽气饱和、反压饱和相结合的方法，首先对试样进行抽气12h以上，然后在水中饱和12h以上，抽气饱和结束之后将试样放置在承台上，在开始固结之前在压力舱内再对试样进行反压饱和，反压为100kPa～200kPa，以使试样充分飽和；等压固结后再进行不排水剪切，剪切速率为0.05mm/min；并在不排水剪切过程中进行孔隙水压力（U）测试，试验采用GDS动三轴压缩仪，如图1所示。

3 三轴试验结果及分析

由图2主应力差与轴向应变关系曲线可知，随着围压的增加，片状颗粒砂土的应力峰值显著增加，表明围压的存在能显著提高片状颗粒砂土的强度；同时发生破坏的应变随着围压的增加也相应地增加，到达峰值之后进行相对平缓的下降。片状颗粒含量在35%时，达到整个试验剪应力的峰值，为1530.11kPa。当围压在400kPa时，颗粒含量在15%、25%、35%试验样品所得到的主应力差分别是1013.54kPa、1167.70kPa、1258.11kPa，由数据可知，主应力虽然有所增加，但不是很明显。当围压在600kPa时，颗粒含量在15%、25%、35%时主应力差分别是1287.94kPa、1519.14kPa、1530.11kPa。含量较高的两组试验所得到的应力差差值较小，及在颗粒含量超过35%时，再次提高配比对主应力差的提高影响不大。

由图2体应变与轴向应变关系曲线可知，体应变和轴向应变的比值与围压有一定的关系，当围压为400kPa使得比值普遍大于200kPa和600kPa的比值，但在颗粒含量在25%的时候试验结果出现反常，400kPa时的体应变与轴向应变比值小于200kPa和600kPa时的体应变与轴向应变的比值，但从所有实验数据来说，均明显大于颗粒含量在15%和25%时所受的200kPa、400kPa、600kPa的时体应变与轴应变的比值。从片状颗粒含量来看，施加不同的围压，颗粒含量在25%的时候体应变与轴向应变的比值明显大于片状颗粒是15%和35%的数值。

通过大量的试验数据表明，片状颗粒含量在25%时结果出现较大的偏差，说明在片状颗粒含量达到25%左右时能和粉砂在配比上能充分发挥各自的性质。此时碎石片状颗粒在整个试样中起到最好加筋体的作用；同时还能像混凝土当中石块的作用，抵抗大部分砂土变形当中轴向应变，粉砂提供一定的黏结作用，增大颗粒之间的摩擦阻力。级配良好的砂土固结饱和具有很高的抗剪强度，但是在相对单一的级配下取得较高的抗剪强度，相对较为困难。

结论

通过大量的三轴剪切试验（CU），明确了颗粒状碎石砂土固结后的抗剪强度性状和体应变与轴向应变的关系。通过实验数据的处理得到在片状颗粒含量在25%左右时，片状颗粒和粉砂配比试样能得到较高的主应力差，得到较大的体应变和轴向应变的比值。在级配不良情况下，相对的调整现有颗粒之间的含量比或加入部分颗粒固体颗粒调整试样的级配比，来提高土体的抗剪强度。

参考文献

[1]丁建文，洪振舜，刘松玉.疏浚淤泥流动固化土的三轴剪切试验研究[J].东南大学学报（自然科版），2011，41（5）：1070-1074.

[2]张婉.非饱和重塑黄土三轴剪切试验研究[J].水利学报，1990，24（3）：58-64.

[3]卞富宗，朱思哲.土抗剪强度的理论和实践[J].岩土工程学报，1987，9（2）：62-71.

[4]陈存礼，张登飞，董玉柱，等.常含水率三轴条件下非饱和原状黄土的原状土的吸力和力学特性[J].岩土工程学报，2014，36（7）：1195-1202.