風化砂改良膨脹土動彈性模量試驗研究

黃勇杰 莊心善 趙漢文

摘要：通過一系列動三軸試驗，在不同摻砂量v、不同圍壓下？滓3，研究風化砂改良膨脹土動彈性模量及阻尼比的變化規律。試驗結果表明：同一圍壓下，摻砂量v≤15%時，改良土動彈性模量Ed及Ed max隨摻砂量增加而減小，當摻砂量v>15%時，Ed及Ed max隨摻砂量增加而增大，臨界摻砂量為15%，當摻砂量 v>25%后，繼續增大摻砂量對Ed及Ed max的影響減弱。結果證實，風化砂摻入使改良土的承載能力及抗振性能有所提高，建議風化砂改良膨脹土的最佳摻砂量為25%。

Abstract： Through a series of dynamictriaxial tests， under different sand content v and different confining pressures ？滓3， the changes of dynamic elastic modulus and damping ratio of weathered sand improved expansive soil were studied. The test results show that： under the same confining pressure， when the sand content v≤15%， the dynamic elastic modulus Ed and Ed max of the improved soil decrease with the increase of sand content; when the sand content v>15%， Ed and Ed max increase with the increase of sand content， the critical sand content is 15%， when the sand content v>25%， the effect of increasing sand content on Ed and Ed max decreases. The results show that the bearing capacity and anti vibration performance of the improved soil are improved by the addition of weathered sand. It is suggested that the optimal amount of sand to be added is 25%.

關鍵詞：動彈性模量;剛度;抗振性能

Key words： dynamic modulus of elasticity;stiffness;vibration resistance

中圖分類號：TU443 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）15-0220-02

0 ?引言

廣泛分布于我國各地的膨脹土是一種高塑限粘性土，土體工程性質較差，當用作高速公路、鐵路路基與邊坡填筑材料時，將對工程產生極大危害，針對改良膨脹土的研究在近年來受到較多關注。部分學者通過水泥、石灰、纖維等材料為主的化學及物理手段對膨脹土進行改良。安愛軍[1]等的研究指出石灰-火山灰對膨脹土進行改性處理后，提高了土顆粒的膠結密實程度，減弱了孔隙的連通性，有效抑制了膨脹土的脹縮特性。鄧友生[2]等研究表明，聚丙烯纖維長度和摻量對改良膨脹土抗剪強度及無側限抗壓強度均有影響。近年來，因風化砂具有良好的水穩定性與化學穩定性而逐漸得到重視，本文利用英國GDS動靜態真三軸儀，進行一系列動三軸試驗，探究風化砂摻量對改良膨脹土動彈性模量的影響規律。

1 ?試驗介紹

1.1 試驗材料

試驗用膨脹土取自合肥某高速公路工程，外觀呈黃褐色，吸水失水后體積脹縮明顯，自由膨脹率達到44%，參考已有研究[3]，以膨脹土自由膨脹率為主要指標可將其定性為弱膨脹土。風化砂取自湖北省某公路工程邊坡場地，為控制粒徑對改良膨脹土的影響，將自然條件下風化砂進行篩分，取有效粒徑0.75mm～1mm范圍內風化砂進行土樣配制。

1.2 試樣制備

由擊實試驗得到素膨脹土最大干密度1.653g/cm3，最優含水率15.62%，制樣時以最大干密度1.7g/cm3、含水率15.6%，將風化砂與膨脹土質量比分別為0%、5%、15%、25%、35%進行均勻拌和，于恒溫缸內靜置24h，待重塑土水分充分均勻制成高度100mm，直徑50mm的圓柱體試樣。同時，為達到較好的飽和效果，對試樣進行各8小時抽氣飽和以及反壓飽和，待飽和度B值達0.95以上再進行動力試驗。

1.3 試驗方案

根據現場勘查資料及取樣深度，并參考已有研究[4]，確定三組試驗圍壓100、150、200kPa。試驗在不排水條件下進行，采用頻率f=1Hz的正弦波，將各圍壓下預設的動荷載分10級施加于土樣上，每級振動循環10次，當軸向動應變達到5%時視為破壞，具體試驗方案見表1。

2 ?動彈性模量的變化規律

2.1 動彈性模量的計算