压实度和含水率对红黏土无侧限抗压强度的影响研究

2023-07-29胡永亮

北方交通 2023年7期

胡永亮

(辽宁省公路勘测设计公司沈阳市 110006)

0 引言

红黏土集中分布在中国南方地区,分布面积达到了108×104km2[1-3],因此在实际道路工程中,不可避免的会碰到红黏土。红黏土在正常情况下强度能够达到路基填料的要求,但是由于红黏土中含有高岭石、蒙脱石和伊利石等亲水矿物[4],使其水稳定性较差,过多的水会使红黏土强度快速衰减[5],导致红黏土路基发生崩裂、滑坡等工程地质灾害[6]。

无侧限抗压强度是表征土强度最重要的指标之一,因此很多学者对红黏土的无侧限抗压强度进行了研究。陈议城、方娟和王海湘等[6-8]研究了含水率对红黏土无侧限抗压强度的影响,方娟和王海湘研究发现红黏土的无侧限抗压强度随着含水率的增加呈现先增大后减小的规律,陈议城研究发现随着含水率的增加红黏土的无侧限抗压强度呈现连续减小的规律,且通过拟合发现含水率和无侧限抗压强度呈指数型关系。徐科宇[9]研究了干密度对红黏土无侧限抗压强度的影响,研究发现随着红黏土干密度的增加,红黏土无侧限抗压强度呈现递增的趋势。

基于此,以三明将乐动车站右侧的红黏土作为研究对象,通过室内无侧限抗压强度试验,获得不同含水率和不同压实度条件下红黏土的无侧限抗压强度数据,探讨不同含水率和不同压实度对红黏土无侧限抗压强度的影响,以期为实际公路工程提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验红黏土取自福建省三明将乐动车站附近,通过界限含水率试验可知,该场地红黏土塑限32.10%、液限63.56%、塑性指数31.46。通过击实试验可知,该场地红黏土最大干密度1.662g.cm-3,最佳含水率为23%。

1.2 试验方案

试验以含水率和压实度作为变量,含水率以最佳含水率为基准,按3%上下浮动,选择四个含水率数值进行试验,压实度分别选择86%、90%、93%作为数值进行试验,具体试验方案见表1。

表1 试验方案

1.3 试验方法

将红黏土风干碾碎,过2mm筛,按照规定含水率加水均匀拌和,然后将拌合土装入袋子中静置24h,保证水分均匀迁移,最后根据规定压实度将土样制成3.91cm×8cm的三轴试样,将试样在恒温恒湿条件下养护28d,根据《土工试验方法标准》(GBT 50123—2019)中的无侧限抗压强度试验方法进行试验[10]。

2 试验结果与分析

通过无侧限抗压强度试验可以得到应力与应变曲线关系图,根据所得到的关系图,可以得到其峰值处的无侧限抗压强度,也可以得到其试验结束后的无侧限抗压强度(简称残余强度),以这两个指标来分析含水率和压实度对红黏土力学性能的影响,试验结果如表2所示。

表2 三明红黏土强度特性

2.1 不同含水率对红黏土无侧限抗压强度和残余强度的影响分析

以含水率作为x轴,无侧限抗压强度和残余强度作为y轴,变化规律如图1、图2所示。

图1 不同含水率下红黏土无侧限抗压强度变化规律

图2 不同含水率下红黏土残余强度变化规律

由图1和图2可知:

(1)三明地区红黏土在不同含水率条件下无侧限抗压强度和残余强度变化趋势大致相同。

(2)红黏土的无侧限抗压强度和残余强度均随着含水率的增大呈现出先增大后减小的趋势,当含水率达到最佳含水率时二者达到最大值。

(3)当红黏土含水率为20%时,无侧限抗压强度和残余强度最低。

(4)当含水率从26%变到29%时,红黏土无侧限抗压强度和残余强度变化幅度最小。

之所以无侧限抗压强度和残余强度在不同含水率条件下会呈现出这种规律,主要是因为当土中含水率较低时,土中颗粒的胶结物质较少,土颗粒无法较好的黏结在一起,导致土体难以被压实。当含水率达到最佳含水率的时候,土颗粒容易胶结在一起,并且由于水的润滑作用,使土颗粒直剪的摩擦力减小,土颗粒容易被移动压实。但是当含水过多时,土颗粒之间的结合水膜过厚,又导致土颗粒难以被压实,导致强度降低。

2.2 不同压实度对红黏土无侧限抗压强度和残余强度的影响分析

以压实度作为x轴,无侧限抗压强度和残余强度作为y轴,变化规律如图3、图4所示。

图3 不同压实度下红黏土无侧限抗压强度变化规律

图4 不同压实度下红黏土残余强度变化规律

由图3和图4可知:

(1)三明地区红黏土在不同压实度条件下无侧限抗压强度和残余强度变化趋势大致相同。

(2)红黏土的无侧限抗压强度和残余强度均随着压实度的增大而增大。

(3)当含水率为20%时,红黏土在三种压实度下的无侧限抗压强度和残余强度均是最小值。

当含水率为最佳含水率23%时,红黏土在三种压实度下的无侧限抗压强度和残余强度均达到最大值,且两种强度的增加幅度也最大。

之所以无侧限抗压强度和残余强度在不同压实度条件下会呈现出这种规律,主要是因为当压实度较小时,土颗粒之间的接触较为稀疏,会导致土体内部的孔隙过多,并且存在较大孔隙,这会导致土样的完整性较差,最终结果就是无侧限抗压强度和残余强度偏低;当压实度较大时,土颗粒之间紧密接触,土体内部的大孔隙几乎消失,土样的完整性较好,最终结果就是无侧限抗压强度和残余强度变大。