低液限粉土壓實特性試驗研究

李麗慧， 張成興

(許昌學院 土木工程學院，河南 許昌 461000)

低液限粉土壓實特性試驗研究

李麗慧， 張成興

(許昌學院 土木工程學院，河南 許昌 461000)

摘要：針對粉土填筑路基易存在的問題，分析了不同級配的土樣的壓實特性、不同擊實功對壓實性能的影響及含水量對于壓縮指標的影響.試驗表明：粉土的壓實特性復雜；壓實功增加到一定程度，粉土的最大干密度不再增加；含水量對于粉土的壓縮指標影響較大.路基壓實過程中要選擇恰當的壓實機具及壓實遍數；嚴格控制含水量，尤其是控制填土的含水量不大于最佳含水量，以保證填土路基的穩定性.

關鍵詞：低液限粉土；級配；壓實特性；壓縮系數

根據土的工程分類，將界于砂類土與黏性土之間，塑性指數Ip≤10且粒徑大于0.075 mm顆粒含量不超過全重50%的土[1-2]稱為粉土.粉土的物理力學指標差異性較大，工程性質比較復雜[3].河南地區屬黃淮沖積平原，低液限粉土分布廣泛.在這樣的地區建造公路，會遇到路基填土難以壓實、路基沉降變形大、翻漿等問題[4-5]，是填方路基的主要病害[6].本文以河南省許昌地區的粉土為對象，研究其壓實特性.

1粉土的物性特征

土樣取自河南許昌地區某高速公路沿線.該地區粉土砂粒和黏粒成分較少，結構松散.按照《公路土工試驗規程》[1](以下簡稱《規程》)試驗方法，在同一平面位置的不同深度，取2組土樣，測得土的顆粒組成及主要物理指標，見表1、表2及圖1.根據圖、表結果，兩組土樣的粒徑分布曲線較為接近，均呈現出較陡的形狀，粉粒含量為土樣的主要成分，不均勻系數和曲率系數不滿足Cu>5和1

表1　土的顆粒組成

表2　土的物理指標

2含水量對粉土壓實的影響

按《規程》重型Ⅰ法進行擊實試驗，研究含水量對粉土壓實的影響.擊實曲線見圖2和圖3.可以看出：該粉土的擊實曲線具有單峰值和雙峰值兩種形式，表明粉土的壓實特性較為復雜.雙峰壓實曲線的最大干密度峰值左側小于右側，因此，應選擇右側較大值作為最佳含水量和最大干密度.分析出現雙峰值原因：當含水量低時，增加含水量，水起到潤滑的作用，rd很快增加到第一峰值.隨著含水量的增加，≤0.005 mm 的顆粒表面形成了結合水膜，粉粒間的毛細引力增大，聯結力增強，孔隙水壓力增大，消散了部分擊實功[7]，減弱了移動顆粒的作用，因此rd降低.而含水量則繼續增加，水膜逐漸變厚，顆粒移動的自由度增大，擊實促使顆粒重新排列，氣體不斷被排出[8]，密度逐步增大到第二個峰值，之后隨著含水量的增大，干密度逐漸減小.

圖1　土的級配曲線

圖2　粉土1含水量——干密度曲線

3擊實功對粉土壓實的影響

取土樣2以不同的擊實功進行擊實，粉土的擊實試驗結果見圖4和表3所示.由圖4和表3可以看出：(1)該粉土的最佳擊實功為8 061 KJ·m-3.隨著擊實功的增大，土樣的最大干密度有所增加，但是擊實數超過81擊后，最大干密度則不再增大；(2)隨著擊實功的增大，土樣的最佳含水量有所減少；(3)該粉土的干密度和孔隙比隨著擊實功增大到一定程度，趨于穩定；(4)即使是加大擊實功，該粉土的擊實曲線仍偏離飽和曲線較遠，表明粉土壓實困難[9].因此，粉土路基填筑應選擇適當的壓實功，施工中選擇合適的壓實機具及合理的壓實遍數，以達到最佳的壓實效果.

圖3　粉土2含水量——干密度曲線

圖4　不同擊實功作用下的擊實曲線

擊實功/(KJ·m-3)擊實數最佳含水量ω/%最大干密度ρ/(g·m-3)孔隙比e飽和度Sr/%26872716.21.7320.5597853745415.11.7490.54474806181151.7820.515799752.89814.61.7810.51676

4粉土的壓縮性能

圖5　含水量與孔隙率曲線

為避免以粉土為路基填筑材料建成的公路路基沉降變形過大，接下來研究壓實后粉土的壓縮性能.土樣2經標準擊實制成重塑土，分別取略小于最佳含水量、最佳含水量和略大于最佳含水量的3組土樣進行壓縮試驗，研究含水量對土樣壓縮性能的影響.試驗結果見圖5和表4. 壓縮系數和壓縮模量是反映土的壓縮性能的主要指標.從以上實驗結果可以看出，含水量對于粉土的壓縮指標有一定影響.含水量略小于Wopt土樣的壓縮系數和壓縮模量與Wopt土樣比較，相差不大；但是含水量略大于Wopt的土樣的壓縮系數明顯大于Wopt的土樣，壓縮模量反之.分析后表明：含水量略大于最佳含水量的土樣的壓縮性較大.由于壓縮性較大的土容易產生較大沉降[10]，所以，為保證填土路基的穩定性，要嚴格控制粉土的含水量，尤其是含水量超過最佳含水量的粉土，必須進行處理，以減少填土的不穩定性.

表4　土的壓縮指標

5結語

經試驗分析，不同級配的粉土表現出了不同的壓實特性，表明粉土的壓實特性復雜.適當增加擊實功可以增加粉土的干密度，但是增大到一定程度，干密度將不再增加.因此施工中，要選擇適當的壓實機具及壓實遍數，以達到最佳的壓實效果.粉土對含水量變化比較敏感，體現在壓縮指標的變化.施工中應嚴格控制含水量，對于含水量大于最佳含水量的粉土必須要采取措施，降低其含水量，以減少工后沉降.

參考文獻：

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Experimental Study on the Compaction Property

of Low Liquid Limit Silt

LI Li-hui, ZHANG Cheng-xing

(SchoolofCivilEngineering,XuchangUniversity,Xuchang461000,China)

Abstract:To resolve the problems in silt subgrade, the compaction properties of different gradation soils, the effect of different compaction work on the property, and the influence of water content for compression index are studied in this paper. The tests show that the compaction properties of silts are complex. The maximum dry density of silt no longer increases when the compaction works to a certain extent, and the compression index is affected by the water content in silt. Therefore, proper compaction machine and compaction time should be adopted, and the water content should be controlled strictly to ensure that it does not exceed the optimum level in the process of subgrade compaction.

Key words:low liquid limit silt; gradation; compaction property; compression coefficient

責任編輯：衛世乾

中圖分類號：U4

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9824(2015)02-0093-03

作者簡介：李麗慧(1971—)，女，黑龍江雞西人，副教授，碩士，研究方向：道路工程.

基金項目：許昌市科技發展計劃項目(1404011)；河南省教育廳自然科學研究資助項目(201210480027)；許昌學院科研基金項目(2014023)

收稿日期：2014-04-23