干密度和含水率对红黏土崩解特性的影响研究

2023-07-29吴英兰

北方交通 2023年7期

吴英兰

(辽宁省公路勘测设计公司沈阳市 110006)

0 引言

红黏土作为我国南方地区极具代表性的土类,覆盖地域十分辽阔[1],不同地区的红黏土矿物的含量大不相同,但是一般都含有高岭石、蒙脱石和伊利石等亲水矿物[2],这导致红黏土在浸水环境下表现出较差的水稳定性,容易出现崩解现象[3],最终导致红黏土路基遭到破坏。

湿化崩解试验是能够表征土崩解特性的基本试验之一,因此很多学者利用湿化崩解试验对红黏土的崩解特性展开研究。李善梅等[3]利用自主制作的崩解仪器对非饱和红黏土进行崩解试验,研究发现压实度的增加会加剧红黏土崩解,崩解率不断增加;含水率的增加会使红黏土的抗崩解能力出现先增强后减弱的特点,当含水率达到最佳时,其抗崩解性能最好。张国栋等[4]对膨胀性红黏土的崩解裂隙度进行研究,研究发现含水率的增加会改善红黏土的崩解,并且不同含水率下红黏土的崩解裂隙度都依次呈现出三种阶段:裂隙快速演化阶段、裂隙缓慢扩展阶段以及裂隙趋于稳定阶段。曾庆建等[5]研究了含水率和温度对红黏土崩解特性的影响,发现温度的升高则对红黏土的抗崩解特性起着抑制作用。

以三明将乐的红黏土作为研究对象,通过湿化崩解试验,对不同含水率和不同干密度条件下红黏土的崩解现象进行分析,并获得最终崩解时间和最快崩解速率,探讨不同含水率和不同干密度对红黏土崩解特性的影响,为实际工程提供参考。

1 试验简介

1.1 试验材料

试验用红黏土来自福建省三明市将乐县,通过基本物性试验得到该场地红黏土塑限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

湿化崩解试验取含水率和干密度两个变量,含水率从20%开始,按3%逐渐递增,选择四个含水率数值进行试验,干密度分别选择1.429 g·cm-3、1.496 g·cm-3和1.546 g·cm-3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,然后装入袋子中静置24h,制成5cm×10cm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》[6](GBT 50123—2019)中的湿化崩解试验进行试验,湿化崩解仪如图1所示。

图1 崩解试验仪(单位:mm)

图1中:1为100mm量筒;2为带有正方形孔洞的金属网;3为外筒;4为5cm×10cm三轴试样。

2 崩解试验现象与结果

2.1 不同干密度和含水率下红黏土崩解试验现象

不同干密度和含水率下的红黏土试样完全进入水中后均有气泡冒出,试样出现裂纹以及试样有片状土粒剥落现象。但是不同含水率下的红黏土试样崩解特性并不完全相同,具体现象如表2所示。

表2 不同干密度和含水率红黏土试样的崩解现象

由表2可知:(1)随着含水率的增大,红黏土试样浸入水中后,开始崩解的时间延长,试样表面冒出的气泡逐渐减少,试样表面裂缝发育逐渐减少,完全崩解的时间延长;(2)随着干密度的增大,红黏土试样浸入水中后,开始崩解的时间延迟,并且完全崩解的时间也越来越延后,整体的抗崩解特性改善。

2.2 不同干密度和含水率下红黏土崩解试验结果

分别以干密度和含水率作为x轴,红黏土试样最终崩解时间作为y轴,如图2、图3所示。

图2 不同含水率下红黏土试样最终崩解时间变化规律

图3 不同干密度下红黏土试样最终崩解时间变化规律

由图2和图3可知:(1)含水率和干密度的增大都能延长红黏土试样完全崩解的时间,对红黏土的抗崩解特性有着促进作用;(2)不同含水率和干密度下红黏土试样完全崩解时间变化趋势大致相同;(3)当含水率从26%变化到29%时,红黏土试验完全崩解时间增加幅度最大;(4)相较于含水率来说,干密度的变化对红黏土试验完全崩解时间的影响较小,增加幅度大大减小。

分别以干密度和含水率作为x轴,红黏土试样最快崩解速率作为y轴,其中崩解速率为某一时刻的崩解量与到达此崩解量经过时间的比值,如图4、图5所示。

图4 不同含水率下红黏土试样最快崩解速率变化规律

图5 不同干密度下红黏土试样最快崩解速率变化规律

由图4和图5可知:(1)含水率和干密度的增加都能够减小红黏土试验在水中的最快崩解速率;(2)当含水率从20%变成23%时,红黏土试验浸水时的最快崩解速率降低幅度最大。当含水率从23%变成26%和29%,红黏土试验的最快崩解速率降幅较小;(3)当含水率为23%、26%和29%时,干密度的变化对红黏土试验最快崩解速率的影响较小,降低幅度不大,但是当含水率达到20%时,干密度的变化对红黏土试验最快崩解速率的影响很大。