混合纤维改良红黏土性质试验研究

李颖 粟梅 李继爱

（六盘水师范学院矿业与土木工程学院，贵州六盘水 553004）

0 引言

红黏土是碳酸盐岩类风化的产物，具有高含水率，遇水膨胀、失水收缩等特点[1]。在贵州，红黏土的发育极其典型且遍布全省，是工业与民用建筑主要的天然地基，另外，红黏土与其边坡工程及岩溶生态环境的改善密切相关。因此，红黏土的强度规律研究显得尤为重要，为满足贵州西南地区的修建高速公路与高速铁路等建筑信息工程建设项目在红黏土地区开展的需求，将对红黏土进行改良设计，分析其物理力学性质[4]，为工程实践提供理论依据。

1 试验研究材料选取及试验设计

1.1 试样原材料选取

试验取用土样来自六盘水师范学院龙山校区模苑地区的红黏土，土体呈褐红色，土质均匀，无碎石等杂质，具有一定的代表性。其主要含量有铝，铝铁和氧化硅胶结。风化程度较高，矿物成分含量丰富。

试验选用的玄武岩纤维由玄武岩矿物熔融拉丝而成，具有环境污染小、弹性模量大、抗拉强度高、成本低等优点[2]。

试验选用聚丙烯腈纤维，它具有良好的亲和性[3]。

1.2 试验设计

将不同比例的混合纤维掺入制备的土样中，比例分别为0%、3%、6%、9%、12%。当含水率都为27.74%时，按不同比例平行制样，为减小误差，须严格按照标准进行固结试验[4]。

固结试验：固结试验的土样制备需要严格控制，并测定其土样的密度，抽取一定量的土样用于测定含水率。试验过程中为防止土样水分蒸发影响试验结果，需将玻璃片盖住环刀两端。将带有土样的切土环刀固定在固结仪的固结容器中，确保土样试件准确放在加载中心并与固结容器的各部件之间良好接触。按照50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa的顺序依次加压。根据试验结束后得出数据和计算公式，得到试验土样的初始孔隙比、孔隙比、压缩系数和压缩模量的值。

2 试验结果和分析

不同比例掺入量的混合纤维对红黏土的孔隙比影响关系如图1所示。

在掺入不同比例下混合纤维对红黏土的压缩系数和压缩模量影响关系曲线图，分别见图2、图3。

图3 混合纤维不同比例掺入量与压缩模量关系图

结果分析：

（1）通过以上实验数据可以得出，混合纤维掺入量的不断增加，抗压强度逐渐增大。由图1 不难看出，加入不同掺量后，在受同一级的压力荷载时的孔隙比值差距相差不大[5]。

图1 不同比例掺入量下垂直压力与孔隙比的关系图

（2）从图2 可得，随着混合纤维掺入量的增加，红黏土的压缩系数呈先减小后增大的趋势，在6%时，压缩系数取得最小值，由此可以说明，随着压缩系数变小，土的压缩性也跟着变小。其中最有利于降低红黏土压缩性的混合纤维掺量为6%；当掺入的混合纤维量为6%～12%时，压缩系数呈上升趋势，且当混合纤维的掺入量达到12%时再次达到峰值，为最大值。根据压缩系数的数据和相关标准规范，0%和12%的压缩系数大于0.5，为高压缩性土，3%到9%的压缩系数均低于0.5 且大于0.1，为中压缩性土。

图2 混合纤维不同比例掺入量与压缩系数的关系图

（3）从图3 得知，本次试验研究的红黏土的压缩模量随着混合纤维掺入量的增加，呈现先增大后减小的趋势，在混合纤维掺入量为6%时达到峰值，取得极大值，此时对应的混合纤维掺入量最有利于降低土的压缩性。在混合纤维掺入量为0%到6%之间，压缩模量呈上升趋势，但变化较小；在混合纤维掺入量为6%到12%之间，压缩模量变小，且变化相对较大。

3 结论

通过此次混合纤维对红黏土的抗压强度的实验研究发现。当含水量一定时，混合纤维的加入一方面可以有效的降低红黏土体的压缩系数，提高土体的压缩模量；提高红黏土的抗压强度，另一方面可以减少土体的侧向鼓胀变形量。在混合纤维掺入量为0%到6%中，红黏土的压缩模量明显得到提高，即提高了红黏土的抗压强度，并在混合纤维掺入量为6%时，压缩模量取得最大值，此时的土体为中压缩性土；而当掺入混合纤维的量为大于6%时，土体压缩模量呈变小趋势，在12%时由中压缩性土变为了高压缩性土。因此，混合纤维掺入量为6%时，为最佳的改善土样压缩性掺量。