桂林红黏土的击实特性研究

2018-11-13刘伟

山西建筑 2018年30期

刘伟

(三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌 443002)

0 引言

红黏土属于一类特殊土，它是母岩在特殊的气候条件下历经系列复杂的红土化作用而形成的产物[1]，广泛分布于我国湖南、广西、贵州、云南等地区，具有天然含水量高、高孔隙比、易成团等特性，致使应用于工程建设时难以压实。此外，压实后的红黏土仍然存在遇水易软化的特性，吸水后强度亦会发生急剧衰减，诱发大量工程灾害[2]。因此红黏土一般很少直接用于工程中，但是其自身又具有强度高，低压缩的物理特性。考虑到成本因素和环境保护的影响，在工程中很难做到完全弃用红黏土。实际工程中，常采用控制红黏土最大干密度和压实度这两个指标进行实际的填筑。为此许多学者都进行了一系列的室内试验来探讨红黏土压实度以及最大干密度对其力学性能影响的研究。万智等[3]针对湘西南的特殊气候及地质条件，开展了红黏土填料含水率、松铺厚度、碾压机械等多种因素组合下的现场试验研究，提出了相应的压实控制建议。谈云志等通过研究湖南段的红黏土，开展了一系列室内试验探讨了压实度变化对各力学指标的影响，提出了压实度降低的建议标准。聂庆科等[5]研究了广西靖西红黏土不同击实功下，击实后红黏土的强度与固结特点。

考虑到红黏土大多处在湿热地区，其天然含水率较大。红黏土因自身特殊性，不同含水率对应的最大干密度不同，因此受现场施工条件影响，填筑状态也不同。本文通过取自广西桂林地区

的一种红黏土进行了两种不同方法的击实试验，分析了两者间差异的主要因素，为该地区后续的工程建设提供部分参考。

1 材料及方法

1.1 试验材料

试验用土取自桂林市雁山区某高等专科学校所在教学大楼工地，埋深约为5 m，天然干密度为1.28 g/cm3(见图1)，天然含水率41%，其他物理参数详见表1，表2。从表1和表2可以看出，试验用土符合红黏土的典型特征，具有高含水率、高孔隙、高液限和低压缩的特点。

表1 红黏土的物理性质指标

天然含水率ω/%天然密度ρ0/g·cm-3天然干密度ρd/g·cm-3比重Gs孔隙比e0饱和度Sr液限WL塑限WP塑性指数IP41.01.811.282.741.13499.052.031.021.0

表2 红黏土的力学性质指标

1.2 试验方法

1.2.1试验仪器

采用河北路建仪器制造有限公司生产的多功能电动击实仪进行试验。并采用南京土壤仪器厂生产的脱模机对击实试样进行脱模。

1.2.2试验工况

根据《公路土工试验规程》[6]，本试验采用重型击实试验时，至少准备5个试样。根据此要求，本文对试验的试样准备进行5个梯度的含水率土样进行土的击实试验。而试验又分为干土法和湿土法两种不同的方法进行，因此至少准备10种工况。

1.2.3试验步骤

根据《公路土工试验规程》[6],试验筒的类别采用重型Ⅱ-2，试筒尺寸内径为152 mm，高度170 mm；试样尺寸高度120 mm，体积为2 177 cm3。击实仪中锤质量为4.5 kg，落高为50 mm，单位体积击实功为2 677.2 kJ/m3。试验土样按2种方式制备，分别采用干土法和湿土法。干土法，先将土样烘干，然后按梯度分别加入不同水分，拌匀后焖料24 h备用；湿土法则是将原状红黏土分成小土块，分别风干脱湿，并在脱湿到不同梯度的含水率后用以试验。在同比上抹一层凡士林，并在垫块上放置蜡纸或塑料薄膜，然后按三层法击实成型，每层做拉毛处理。

击实试验完成后将试样通过脱模仪取出，在试样内部取部分土样并测定其含水率，计算至0.1%。

2 试验结果及分析

2.1 干土法试样击实结果

图2～图4为桂林红黏土的击实结果，其中图2为干土法下的击实，图3为湿土法下的击实结果。两种方法下所获得的击实曲线均符合典型击实曲线特征。当采用干土法击实时，击实曲线存在一个波底和一个波峰，波峰对应该红黏土的最大干密度，波底则是由于采用干土法导致红黏土失水内部结构发生变化产生的情况，会在分析里做出说明。采用湿土法击实时，击实曲线存在整体符合典型击实曲线的规律，即存在一个峰值为最大干密度。

对比两组试验数据，可以明显看出，在低含水率时即含水率为10%～25%，干土法的最大干密度呈减小的趋势，从1.35 g/cm3

减小到1.33 g/cm3。而采用湿土法时，最大干密度则呈现逐渐增大的趋势，从1.26 g/cm3增加到1.32 g/cm3。当含水率处于10%～23%之间时，干土法的击实曲线整体上都在湿土法的击实曲线，表现出的结果为干土法的干密度均高于湿土法的干密度。含水率在23%～40%这个区间时，干土法的击实曲线与湿土法的击实曲线分布规律总体接近，但是干土法的击实曲线要低于湿土法的击实曲线即干土法的干密度要小于湿土法的干密度，与前一个含水率区间所得结果相反。

2.2 红黏土击实特性分析

红黏土不同方法下备样所存在的击实差异，主要原因是由于红黏土内部含水率减小后，土体内部基质吸力减小，土颗粒失水收缩，颗粒间胶结物质受到破坏，这个过程具有不可逆性。这也是在最优含水率附近区间时即25%～40%，干土法的干密度始终小于湿土法的原因。而在低含水率时，干土法采用的是重塑土，内部孔隙水排出量要多于湿土法的土样，因此更易被击实，随着含水率增大但含水率仍处于一个较低水平，水分仅附着在土颗粒表面，土团内部很难湿润，因此呈现逐渐降低的趋势。而湿土法下的试样仍有部分成团，难以被压缩。