石灰处治湿陷性黄土的强度及其影响因素分析

孙原超 陆召松 赵光红 陈龙

摘要：石灰处治法是平凉一绵阳高速公路庄浪湿陷性黄土区域施工中常用方法之一，因此，了解和分析石灰处治庄浪湿陷性黄土强度的影响因素很有必要。文章对庄浪湿陷性黄土进行了物理性质、矿物成分、击实特性等测试，并对石灰处治后的黄土进行了无侧限抗压强度试验，获得了不同灰土比、不同压实度条件下的湿陷性黄土的强度特征和破坏模式，得出如下结论：（1）石灰处治庄浪湿陷性黄土强度受灰土比和压实度的双重影响。随着压实度的增加，无侧限抗压强度均有不同程度的提高。但在低压实度条件下，无侧限抗压强度并不随灰土比线性增加，压实度达到96%及以上时，灰土比越大，无侧限抗压强度才越大。（2）石灰处治黄土的无侧限抗压强度试验的破坏模式表明，当灰土比越大时，土体剪坏之后越易呈现出锥形的破坏模式，且灰土比越大，土体脆断的突然性越强。在相同灰土比条件下，压实度越大，破坏模式越体现出脆性。

关键词：压实土;石灰;湿陷性黄土;无侧限抗压强度;破坏特征

中图分类号：U416.03 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.008

文章编号：1673-4874（2019）10-0025-04

0引言

湿陷性黄土是一种结构较疏松、具有较大孔隙且垂直节理发育的特殊土，其湿陷性是黄土的物质成分和结构特征的综合反映。平凉-绵阳高速公路庄浪县区域内广泛覆盖着Ⅱ-Ⅳ级以粉质黏土为主的湿陷性黄土，一般呈灰黄色，局部可见钙质结核，有可溶性盐沉淀而成的胶结物。由于工程涉及大面积路基填方、灰土挤密桩、灰土垫层等施工项目，因此，为了给庄浪黄土地区高速公路的施工提供参考，有必要对石灰处治庄浪湿陷性黄土强度的影响因素进行分析。

1庄浪湿陷性黄土的物理性质

试验用黄土取自于平天第四合同段，地基湿陷等级为Ⅲ级，取土深度为1-1.5m，将所得土风干碾碎后过2mm筛备用。风干后土样根据《公路土工试验规程》测定土样的各项物理指标。其中，采用烘干法进行含水率测试、采用比重瓶法进行比重测试、采用液塑限联合法进行液限和塑限测定，采用筛析结合密度计法进行颗粒组成测定。其物理性质指标汇总如下页表1所示。

将庄浪湿陷性黄土土样研磨后过200目筛进行X射线衍射测试，矿物成分分析结果表明：土样中石英占比47%，钠长石占比15%，绿泥石占比13%，方解石占比8%，伊利石占比7%，透闪石占比4%，微斜长石占比4%，白云石占比2%。同时，为了获得庄浪湿陷性黄土的最大干密度和最优含水率，将过2mm筛后土样采用干土法进行各样，并选用标准重型击实方法获得其最大干密度为1.93g/m，最优含水率为13.0%。

2 影响石灰处治庄浪湿陷性黄土强度的因素分析

2.1灰土比的影响

为了研究灰土比对湿陷性黄土的无侧限抗压强度的影响，一共选取了四种不同灰土比、四种不同压实度的土样，灰土比分别为0%（HT1）、5%（HT2）、9%（HT3）、12%（HT4），压实度分别为88%（SS1，干密度为1.70g/cm）、92%（YS2，干密度为1.78g/cm）、96%（YS3，干密度为1.85g/cm）、100%（YS4，干密度为1.93g/cm），它们的初始含水率均为最优含水率，即13%。然后用无侧限抗压强度仪进行抗压强度测试，加载速度为0.06mm/min所获得无侧限抗压强度的结果如表2所示。复测试样的含水率也一并列入表2，所获得的无侧限压缩试验的应力和应变曲线如图1-4所示。

从图1-4的无側限压缩试验的应力和应变曲线中可以获得无側限抗压强度，将上述16组数据进行汇总，获得的无側限抗压强度与灰土比的关系曲线如图5所示。

从图5中可以发现：（1）湿陷性黄土加入石灰后，并不一定会增大其无側限抗压强度，如在压实度为88%时，石灰的加入不仅没有使湿陷性黄土的無側限抗压强度明显提高，反而会降低其无側限抗压强度，灰土比为5%的比灰土比为0%的无側限抗压强度降低26.9%;灰土比为9%所获得的无側限抗压强度反而比灰土比为5%的无側限抗压强度小，但灰土比提高至12%时，无側限抗压强度又有所提高。同样的现象也出现在压实度为92%的湿陷性黄土中。（2）当压实度达到96%时，可以发现灰土比增加至9%时，灰土比对提高无側限抗压强度的作用才开始体现，灰土比为9%时比。%时的无側限抗压强度提高12.8%，当灰土比达到12%时，比0%时的无側限抗压强度提高29.3%。（3）当压实度达到100%时，灰土比和无側限抗压强度呈现正相关，即灰土比越大，无側限抗压强度越大，灰土比为5%、9%、12%时相比于灰土比为0%时的无側限抗压强度分别提高了9.6%、14.1%、28.6%。

2.2压实度的影响

从图5以及上述现象的分析中可以发现：当采用石灰处治湿陷性黄土时，要充分考虑压实度的影响。为了体现不同的压实度对无側限抗压强度的影响，不同压实度的无側限压缩试验的应力和应变曲线如图6所示。

从图6的无侧限压缩试验的应力和应变曲线中可以看出，每一种灰土比的土样在不同的压实度情况下均呈现出随着压实度的增加，无侧限抗压强度越大的特点。另外，还表现出压实度越大应力和应变曲线的初始斜率越大，且相同应变条件下应力值越大的特点。

所获得的4种灰土比湿陷性黄土的无侧限抗压强度曲线如图7所示。

图7中，对于灰土比分别为0%、5%、9%、12%的湿陷性黄土，随着压实度的增加，无側限抗压强度均有不同程度的提高。如灰土比为0%的湿陷性黄土，压实度为92%、96%和100%的无側限抗压强度分别比88%的无側限抗压强度提高50.0%、133.8%、195.4%;对于灰土比为5%的湿陷性黄土，压实度为92%、96%和100%的无側限抗压强度分别比88%的无側限抗压强度提高83.2%、206.3%、343.2%;对于灰土比为9%的湿陷性黄土，压实度为92%、96%和100%的无側限抗压强度分别比88%的无側限抗压强度提高101.4%、376.4%、508.3%;对于灰土比为12%的湿陷性黄土，压实度为92%、96%和100%的无側限抗压强度分别比88%的无側限抗压强度提高157.5%、391.2%、517.5%。

交叉对比不同的灰土比发现，压实度提高无側限抗压强度的效果因灰土比的不同也有所不同。从图7曲线中看出，当灰土比达到12%时，压实度为96%与压实度为100%的位移-强度曲线的前段部分基本重合，但压实度为100%时无側限抗压强度更高。

综合来看，石灰处治庄浪湿陷性黄土的强度直接受压实度的影响，即灰土在低压实度条件下，并不能完全发挥其优势，而随着压实度的提高，灰土的作用才会逐渐体现。因此，当石灰处治湿陷性黄土时，要充分考虑压实度的影响，否则不仅导致资源浪费，也无法达到改善湿陷性黄土强度的目的。

3 破坏特征

3.1灰土比对湿陷性黄土破坏特征的影响

在无侧限抗压强度试验结束的同时，获得了不同灰土比条件下的庄浪湿陷性黄土的破坏特征，如压实度为92%时，各灰土比的破坏模式如图8所示。

从图8中可以发现当灰土比越大时，土体剪坏之后就越呈现出锥形的破坏模式，试验过程中还发现灰土比越大，土体脆断的突然性越强。上述试验表明在压实度一定（92%）的条件下，灰土比越大，破坏模式中脆性越明显。

3.2 压实度对湿陷性黄土破坏特征的影响

在不同压实度条件下，获得的庄浪湿陷性黄土破坏模式如图9所示。

从图9中可以明显地看出，当灰土比为0%时（HT1），随着压实度的增加，其破坏模式也呈现出不同的特征：压实度为88%时，土体呈现出多条从上至下的垂直贯通裂隙，当压实度逐渐增加时，则越来越表现出剪切破坏的特征，但压实度为100%时，土体剪坏之后呈现出锥形的破坏模式。同理，在灰土比为12%（HT4）条件下，压实度为88%时，土体呈现出渐进破坏特征，即先出现裂缝，再逐渐发展、贯通、脱落直至破坏，而压实度越大，土体脆断的突然性越强。

总体来看，在相同灰土比條件下，压实度越大，破坏模式越体现出脆性。

4 结语

本文对庄浪湿陷性黄土首先进行了物理性质、矿物成分、击实特性及CBR值测试，随后对石灰处治后的黄土进行了无侧限抗压强度试验，获得了不同灰土比、不同压实度条件下的湿陷性黄土的强度特征和破坏模式，得出如下结论：

（1）石灰处治庄浪湿陷性黄土强度受灰土比和压实度的双重影响。随着压实度的增加，无側限抗压强度均有不同程度的提高。但在低压实度条件下，无側限抗压强度并不随灰土比线性增加，而只有随着压实度的提高，灰土的作用才逐渐体现。只有当压实度达到96%及以上时，灰土比越大，无側限抗压强度越大。因此，当石灰处治湿陷性黄土时，要充分考虑压实度的影响，否则不仅导致资源浪费，也无法达到改善湿陷性黄土强度的目的。

（2）不同灰土比、压实度的无側限抗压强度的破坏模式表明：当灰土比越大时，土体剪坏之后越易呈现出锥形的破坏模式，且灰土比越大，土体脆断的突然性越强。在相同灰土比条件下，压实度越大，破坏模式越体现出脆性。