木屑混合粘土抗剪強度試驗研究

白 德 貴

(重慶市勘測院，重慶 400020)

木屑混合粘土抗剪強度試驗研究

白 德 貴

(重慶市勘測院，重慶 400020)

通過固結不排水剪切三軸試驗，研究了木屑混合粘土與原狀土、重塑土抗剪強度的差異性，分析了木屑、結構性及固結時間對粘土抗剪強度的影響，同時研究了不同木屑含量下粘土抗剪強度的不同，得出了一些有價值的結論。

木屑，結構性，固結時間，抗剪強度

縱觀建筑發展史，木材因其結構上的性能和美學上的價值而得到廣泛使用，留下了許多不朽之作；從過去的小木屋到現在的多層木構建筑，木材都是最主要的建筑材料之一[1]，但是隨著現代建筑技術發展以及結構強度要求的提高，木材作為傳統的建筑結構材料在現代建筑中逐漸喪失了主流地位，取而代之的是鋼材與混凝土。現在木材成為了用途最為廣泛的室內裝飾材料，然而木屑作為木材使用過程中的殘留物，最直接和常見的處理方法是當作垃圾直接處理。木材具有強重比高的特點，是一種質輕而強度高的材料，周志強在1959年試制成功了一種具有良好的隔熱性能，容重輕，成本低廉的粘土木屑輕磚[2]，姚啟均在1989年對蘇聯烏克蘭水刊經濟工程師學院制作的絕緣材料——木屑混凝土作了介紹和說明[3]。上述研究表明一定量的木屑與粘土或者混凝土混合作為混合材料，能夠有效增強混合材料的強度，并降低其容重。軟粘土多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地區，由于其具有低強度、高壓縮性、低滲透性、高靈敏度等特點，在工程應用中需要將軟粘土地基進行處理。常用的地基處理方法有預壓法、置換法、攪拌法等。本文將木屑與粘土混合制成木屑混合粘土，進行木屑混合粘土的固結不排水剪切試驗，并與重塑土、原狀土的試驗結果進行對比分析，并研究了木屑含量對混合粘土抗剪強度的影響。

1 試驗概況

試驗主要研究木屑混合粘土的抗剪強度，并考慮結構性及固結時間對粘土抗剪強度的影響，對比研究了木屑混合粘土與原狀粘土、重塑粘土抗剪強度的差異。同時研究了不同木屑含量對木屑混合粘土抗剪強度的影響。具體試驗工況見表1，表1中混合土1、混合土2、混合土3、混合土4分別表示不同木屑混合粘土的木屑質量百分含量3%，5%，10%，15%。

表1 試驗工況

試驗土樣取自重慶某工程場地，取土深度約20 m，通過前期的調查及勘查資料確定，該層粘土土性均質，不含砂礫、砂土等砂性土，比較符合本次試驗的取土要求。為了盡可能地保持土體的原狀性，試樣采用薄壁取土器小心取自粘土層，并最終經過常規試驗得到土樣物理指標見表2；重塑土樣采取兩頭擊實法進行制樣[4]；木屑混合粘土的制樣，首先將粘土烘干粉碎，加入一定量水與木屑充分攪拌混合至均勻，最后采取兩頭擊實法進行制樣。

表2 粘土物理指標

采用上述方法制樣完成后，首先采用抽氣飽和法對試樣進行飽和，充分飽和后，將試樣裝到三軸壓力室內，并采用反壓飽和法對試驗進行飽和，直到B值達到0.95以上，飽和完成；在預定壓力下進行固結，按照CU試驗的要求，每組試驗至少需要3個固結壓力，本次試驗分別采用100 kPa，200 kPa，300 kPa的固結壓力對試驗進行固結；固結至預定時間，按照規范要求采用0.75%/min左右的剪切速率對試樣進行剪切，剪切過程中當出現峰值后，再繼續剪切3%～5%左右；若沒有明顯峰值出現，試驗的最大軸向應變達到20%時，試驗終止。

2 試驗結果

通過固結不排水剪切三軸試驗可以得到表示粘土抗剪強度的指標粘聚力C和內摩擦角φ，圖1給出了部分工況下得到固結不排水強度包線，從圖中可以看出試驗結果良好，能夠非常理想的表示出該工況下粘土的C，φ值。鑒于在大部分情況下C，φ值所表現出來的抗剪強度變化規律具有一致性，本文將只給出不同工況下粘聚力C的變化。

圖2給出了不同土類的粘聚力C值隨著固結時間的變化曲線，從圖中我們可以明確發現如下規律：

1)固結時間對三類土的抗剪強度有明顯影響，隨著固結時間的增長，土的抗剪強度逐漸增大，同時隨著固結時間的增長，抗剪強度增大的速率也逐漸減小，最終趨于穩定。2)比較原狀土和重塑土的抗剪強度可以發現，原狀土的抗剪強度始終大于重塑土的抗剪強度，這表明粘土的結構性對抗剪強度有比較明顯的影響；同時隨著固結時間的延長，重塑土與原狀土抗剪強度的差異性逐漸減小，說明固結時間可以有效的降低結構性對粘土強度的影響。3)比較重塑土與混合土1可以發現，混合土1的抗剪強度明顯大于重塑土的抗剪強度，表明木屑混合到粘土中對粘土的抗剪強度特性具有明顯的影響，混合土1這種木屑含量可以顯著增大粘土的抗剪強度；比較原狀土與混合土1的抗剪強度隨時間的發展曲線可以發現，在固結時間12 h，原狀土的抗剪強度大于混合土1的抗剪強度，而固結時間24 h，48 h，混合土1的抗剪強度大于原狀土的抗剪強度，造成這種前后差異性的原因是，影響原狀土與混合土抗剪強度的因素有結構性和木屑兩種，結構性的存在可以增大原狀土的抗剪強度，木屑的存在同樣可以增大混合土1的抗剪強度，固結時間較短時，結構性對兩者的強度起主導因素，但隨著固結時間增大，導致結構性影響降低，從而木屑又在粘土的強度中起關鍵性作用。由于木屑與粘土是物理力學特性截然不同的兩種材料，因此兩者所組成的混合土的強度必然受到兩者共同作用的影響，粘土中木屑的含量多少勢必會影響混合土的抗剪強度，圖3給出了不同木屑含量的粘聚力C，從圖中可以發現，隨著木屑含量的增大，混合土抗剪強度的變化呈現出上凸曲線的形狀，木屑含量少于10%時，隨著木屑含量的增大，混合土的抗剪強度逐漸增大，木屑含量超過10%時，混合土的抗剪強度隨著木屑含量的增大急劇降低。造成這種現象的原因是在木屑含量較小時，木屑作為混合土的骨架作用可以明顯增大混合土的強度，但是隨著木屑含量的增大，木屑與粘土之間的粘結作用會降低，這就造成了混合土強度的降低。通過上述分析，木屑的存在可以明顯影響粘土的抗剪強度，但是由于木屑本身物理力學性質的特殊性，不同木屑含量對粘土的強度產生截然不同的影響效果，木屑含量較小時，木屑可以增大粘土的抗剪強度，而木屑含量過大，粘土的抗剪強度會降低，因此木屑混合粘土具有一定的工程應用前景，需要進一步研究木屑與粘土共同作用機理。

3 結語

通過CU試驗研究了木屑混合粘土與原狀土及重塑土抗剪強度差異性，得到如下結論：

1)結構性及固結時間顯著影響粘土的抗剪強度，固結時間的增加可以逐漸降低結構性對粘土抗剪強度的影響。

2)木屑混合粘土與原狀土及重塑土的抗剪強度有明顯差異性，原因主要歸結為木屑作為骨架作用對粘土的強度有顯著影響，而且不同木屑含量對混合土的強度影響不同，隨著木屑含量的增加，混合土抗剪強度呈現出上凸曲線的形式，具體作用機理還需進一步研究分析。

[1] 黎 姣.木材在中國當代建筑中的應用[D].上海:同濟大學,2008.

[2] 周志強.粘土木屑輕磚[J].中國建材,1960(6):31.

[3] 姚啟均.用亞麻桿碎屑制作木屑混凝土[J].磚瓦世界,1989(12):3.

[4] 鄭劍鋒，馬 巍，趙淑萍，等.重塑土室內制樣技術對比研究[J].冰川凍土,2008,30(3):494-500.

Research on shearing stiffness tests of sawdust with clay

BAI De-gui

(ChongqingSurveyInstitute,Chongqing400020,China)

According to the consolidation undrained triaxial shear test, the paper researches the differences among the sawdust with clay, undisturbed soil and remoulded soil in shearing stiffness, analyzes the influence of the sawdust, the structure and consolidation time on clay’s shearing stiffness, indicates the sawdust with various volumes will lead to different clay shearing stiffness, and achieves some valuable conclusion.

sawdust, structural property, consolidation time, shearing stiffness

1009-6825(2014)03-0101-02

2013-11-05

白德貴(1981- )，男，碩士，工程師

TU459.2

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