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石灰改良膨胀土基本物理性质试验研究

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  土的颗粒组成是土性的基本参数,是土分类的基本指标,下面是小编搜集整理的一篇探究石灰改良膨胀土基本物理性质试验的论文范文,供大家阅读参考。

  【摘 要】为了探讨石灰改良膨胀土的可行性和处治效果,并为工程实施提供技术参数,进行了大量的室内改良试验:针对膨胀土的不良工程特性设计了改良土的物理性质试验,并获得了一些有意义的试验成果。

  【关键词】石灰改良;膨胀土路堤;物理性质;试验

  1 前言

  随着改革开放的深入,国民经济高速发展对公路运输能力的需求越来越大,我国开始了大规模的高等级公路建设,其中不少路段穿越了典型膨胀土地区,膨胀土对公路建设的危害逐渐变得越来越严重。膨胀土路基稳定与变形问题成为膨胀土地区公路修建的主要技术难题之一。因此,本文通过对石灰改良膨胀土基本物理性质试验结果的分析,望为现场施工提供技术参数。

  2 自由膨胀率试验

  自由膨胀率是反映粘土膨胀性的指标之一,它与土的粘性矿物成分、胶粒含量、化学成分和水溶液性质有着密切的关系。自由膨胀率的概念没有包含膨胀土的结构,也不存在附加荷载与侧限等条件,因而从工程角度讲,它是一个没有实际工程意义的指标。但是,自由膨胀率在一定程度上能反应粘土矿物成分、粒度成分、化学成分和交换阳离子等基本特性,且试验操作方便,简单易行。所以,仍可以用自由膨胀率指标粗略衡量土的膨胀潜势。

  试验分加分散剂和不加分散剂两种情况,各种改良土的自由膨胀率试验结果如表1和图1:

  从表1可以发现,素土的自由膨胀率为56%属弱膨胀性土(《公路土工试验规程》采用加分散剂的试验结果),掺灰3%后自由膨胀率降为17%已属非膨胀土。随着石灰掺量的增多,不同改良土的自由膨胀率相继减少并趋稳定。

  3 土粒比重试验

  土粒比重是土粒在温度100~105℃,烘至恒重时的重量与同体积4℃时蒸馏水重量的比值,它是土的基本物理性质指标之一,是计算孔隙比和评价土类的主要指标。试验结果见表2。

  从表2中可得,膨胀土经改良后,土粒比重稍有增加,但增加不大,而且也并不随掺灰率的增大而增大。

  4 颗粒分析试验

  土的颗粒组成是土性的基本参数,是土分类的基本指标,同时是反映土的路用性质的一个重要指标。根据土质学的研究成果,粗粒土的性质主要决定于土颗粒的粒径分布和特征,而细粒土的性质主要取决于土粒和水的相互作用的状态,土中细粒含量越多,土与水的作用越强烈。因此,进行颗粒分析试验不仅可以确定不同掺灰率改良土的颗粒组成特点,而且,通过对改良土进行颗粒分析试验,结合液塑限试验结果可为不同改良土命名。同时,粘粒含量(<0.002mm)也是对膨胀上胀缩等级判别的一个指标。试验结果如表3,各种改良土的累计曲线见图2。

  从表3可知,改良土的粒度成分随着掺灰率的增大呈现有规律的变化,随着掺灰率的增大,粘粒和粉粒含量逐渐减少,砂粒的含量增多。当砂粒含量超过25%,粗颗粒将起到骨架作用,改善土的物理力学性质。

  按照公路路基设计规范对膨胀土胀缩等级的划分,如果仅以<0.002mm的颗粒含量来分类,素土为强膨胀土,只要在膨胀土中掺加3%的石灰,即可显著降低改良土的胀缩等级成为非膨胀土。

  5 界限含水量试验

  膨胀土的界限含水量是粘土颗粒与水相互作用的一种属性,膨胀土主要由亲水性粘土矿物组成,含有较多的细小粘土颗粒成分,故具有比表面积大,扩散双电层较厚的特点,因而与一般细粒土相比,膨胀土中粘土颗粒表面的水膜较厚,所保持的薄膜水总量也特别多,因此,膨胀土一般具有高液限、高塑性指数的特点。试验结果如表4和图3所示。

  l)由图3可以看出,随着掺灰率的提高,液限有较大幅度的降低,由素土的65.5%降低为5%改良土的48%,随后液限变化幅度不大;而塑限随着掺灰率的变化影响不大,基本上保持稳定;塑性指数随着掺灰率的增大一直呈下降趋势,由素土的32%降到9%石灰土的14.7%,降幅为54%,而且掺灰率增大到5%以后的塑性指数的下降幅度显著减少,可以看出,塑性指数的降低明显是由液限降低引起的;缩限随着掺灰率的增加一直是增大的,由素土的18.1%增大到5%石灰土的34.6%,增幅为91%,随后增幅减少:缩限试验得到的体缩率和收缩指数的变化规律与液限相类似。所以,可以得知,界限含水量各指标随掺灰率的变化在掺灰率为5%后就较少了。

  2)液限和塑性指数是细粒土分类的重要指标,按照文献[1]中土的工程分类原则,结合颗粒分析试验结果给改良土命名,素土是属于特殊土中的膨胀土,掺灰率为3%的改良土则为高液限粘土,随着掺灰率继续增加到5%、7%、9%,改良土依次变为低液限粉土、高液限粉土、粉土质砂。

  3)利用李生林教授改进的液塑限图法进行改良土的胀缩等级的判别(图

  2.1)。灰白色膨胀土属于中膨胀土,掺灰率3%的改良土变为弱膨胀土。

  当掺灰率达到了5%后,改良土变为非膨胀土,这证明掺石灰可以明显的改善膨胀土的胀缩性。

  6 结语

  综上所述,可以得出以下结论:自由膨胀率随着掺灰量的增加而降低;掺灰对土粒比重没有明显影响;掺灰量越大,改良土的粘粒和粉粒含量越少,砂粒含量越多;随着掺灰量的增加,液限稍有减少,塑性指数降幅最大,塑限基本不变,缩限会明显增加。5%石灰改良土的各项物理性质较膨胀土有了明显改善,达到了土质改良的目的。

  参考文献

  [1] 中华人民共和国交通部行业标准.公路土工试验规程(JTG E40-2007).北京:人民交通出版社,2007

  [2] 李生林,中国膨胀土工程地质研究.南京:江苏科学技术出版社,1992

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