CN109342250A - 一种石灰改良粉质黏土抗冻融性能的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石灰改良粉质黏土抗冻融性能的试验方法，包括：1)制样：首先将土料捣碎与翻晒后过2mm筛；其次将准备好的土料加入石灰掺合料在其最优含水率下拌合均匀后密封静置24h；将土样按压实度为96％在三瓣饱和器内分3层击实成型，以保证试样的均一性，试样制成后，在标况条件下养护7d；2)冻融循环试验基础上进行不固结不排水静三轴试验。本发明在利用室内试验得到粉质粘土基本物理指标条件下，对素土和石灰改良土进行冻融循环试验和不固结不排水静三轴试验，并揭示粉质粘土在不同冻融循环作用下同种石灰掺量改良土的强度变化特性；揭示粉质粘土在同一冻融循环作用下不同石灰掺量改良土的强度变化特性。
Description
技术领域
本发明涉及冻土低温特性分析技术领域，具体地说，特别涉及一种石灰改良粉质黏土抗冻融性能的试验方法。
背景技术
在季节性冻土地区，因气候变化路基土体会受到冻融作用，使土体结构性改变。路基土体在反复冻融作用下，其土颗粒间的联结力会被破坏，土颗粒重新排列，土体内部微观结构发生变化，土体沉降变形逐渐增加，强度逐渐降低，路基可能发生失稳，严重影响道路运行安全。石灰是一种具有较好经济性的建筑材料，常用于处理路基填土等，在路基土中掺加一定的石灰量可以起到减水、增强、加固的效果，对冻融作用具有一定的抑制作用，广泛地应用在公路工程建设中。
目前，国内学者关于冻融循环作用下土体强度特性研究较多，各种石灰改良土体的力学性能也有涉及，并取得了许多有借鉴价值的研究成果。如马巍[1]等研究了石灰粉土在冻融循环条件下的剪切强度特性，得到了反复冻结和融化条件下石灰土的强度特性。刘靖[2]等研究了电石灰改良盐渍土路基填料的物理性能及其在干湿循环和冻融循环下的力学性能，得到了电石灰改良盐渍土路基填料能有效改善其物理、力学性能。王天亮[3，4]等对冻融作用下水泥及石灰改良土的动力特性和静力特性进行了研究，得出了水泥土和石灰土的应力-应变关系以及其其破坏形式。韩春鹏[5]等探究了石灰改良路基粘土强度受冻融循环作用的衰减规律，并得出掺加石灰能有效增强土体的抗冻融能力。宋金华[6]等对海相沉积软土加入石灰改良后，通过冻融循环试验和动三轴试验对改良土的力学特性进行了研究。战高峰[7]等对不同石灰掺量的粉质粘土进行了冻融循环试验和静三轴试验，得到石灰改良粉质黏土的应力-应变关系曲线。牛亚强[8]等通过对冻结黄土进行一系列的三轴试验，分析了其变形和三轴强度特性等。
根据文献可知，土料不同，其在冻融循环作用下的强度特性也不同；在不同的土料中加入石灰对其改良后，强度特性也不同。目前已有大部分学者对各种素土和石灰改良土在冻融作用下的强度特性进行了研究，但是对石灰改良的粉质粘土在冻融循环作用下的强度特性研究较少，故本发明选取湖南省衡阳市某地粉质黏土，以冻融次数、石灰含量、围压为变量进行全面的三轴试验研究，描述不同石灰改良粉质粘土的力学性质随冻融循环的变化过程，并明确石灰含量引起强度变化规律差异性的内在机制，为该地区的工程建设提供一定的参考依据。
参考文献：
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[7]战高峰,张群,朱福,董伟智.冻融循环对石灰处置粉质黏土静强度影响研究[J].岩土力学,2015,36(S2):351-356.
[8]牛亚强,王旭,廖孟柯等.冻结改良黄土三轴强度和变形特性试验研究[J].岩土工程学报,2016,38(S2):198-203.
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种石灰改良粉质黏土抗冻融性能的试验方法。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种石灰改良粉质黏土抗冻融性能的试验方法，包括：
1)制样：首先将土料捣碎与翻晒后过2mm筛；其次将准备好的土料加入石灰掺合料在其最优含水率下拌合均匀后密封静置24h；将土样按压实度为96％在三瓣饱和器内分3层击实成型，以保证试样的均一性，试样制成后，在标况条件下养护7d；
2)冻融循环试验基础上进行不固结不排水静三轴试验：低温箱-20～-25℃，冻12h；恒温箱20～25℃，融化12h，共计24h，此为1个冻融循环；第一天，把制作好并养护好的试样置于冷藏室，进行冻融循环试验，并把相应进行0次冻融的试样进行三轴试验；第二天，把经1次冻融后的试样取出进行三轴试验；第四天，把经3次冻融后的试样取出进行三轴试验；第七天，把经6次冻融后的试样取出进行三轴试验；第十天，把经9次冻融后的试样取出进行三轴试验；第十三天，把经12次冻融后的试样取出进行三轴试验；6组冻融完成。
进一步的，所述石灰的含量为0％、3％、6％、9％、12％。
进一步的，所述试样制成后均采用塑料薄膜紧密包裹后密封，以防止试样水分的散失和外界补给，模拟封闭系统。
进一步的，所述三轴试验围压为100kPa、150kPa、200kPa，剪切速率为0.8mm/min，控制应变为20％。
进一步的，所述冻融循环试验冻融循环次数为0、1、3、6、9、12。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的一种石灰改良粉质黏土抗冻融性能的试验方法，在利用室内试验得到粉质粘土基本物理指标条件下，对素土和石灰改良土进行冻融循环试验和不固结不排水静三轴试验，并揭示粉质粘土在不同冻融循环作用下同种石灰掺量改良土的强度变化特性；揭示粉质粘土在同一冻融循环作用下不同石灰掺量改良土的强度变化特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的不同石灰含量与破坏强度关系图(围压100kPa)；
图2a是本发明实施例的石灰含量为0％的土样的冻融循环次数-破坏强度关系图；
图2b是本发明实施例的石灰含量为3％的土样的冻融循环次数-破坏强度关系图；
图2c是本发明实施例的石灰含量为6％的土样的冻融循环次数-破坏强度关系图；
图2d是本发明实施例的石灰含量为9％的土样的冻融循环次数-破坏强度关系图；
图2e是本发明实施例的石灰含量为12％的土样的冻融循环次数-破坏强度关系图；
图3是本发明实施例的土样冻融循环次数与粘聚力关系图；
图4是本发明实施例的土样冻融循环次数与内摩擦角关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供了一种石灰改良粉质黏土抗冻融性能的试验方法，包括：
1)制样：首先将土料捣碎与翻晒后过2mm筛；其次将准备好的土料加入石灰掺合料在其最优含水率下拌合均匀后密封静置24h；将土样按压实度为96％在三瓣饱和器内分3层击实成型，以保证试样的均一性，试样制成后，在标况条件下养护7d；
2)冻融循环试验基础上进行不固结不排水静三轴试验：低温箱-20～-25℃，冻12h；恒温箱20～25℃，融化12h，共计24h，此为1个冻融循环；第一天，把制作好并养护好的试样置于冷藏室，进行冻融循环试验，并把相应进行0次冻融的试样进行三轴试验；第二天，把经1次冻融后的试样取出进行三轴试验；第四天，把经3次冻融后的试样取出进行三轴试验；第七天，把经6次冻融后的试样取出进行三轴试验；第十天，把经9次冻融后的试样取出进行三轴试验；第十三天，把经12次冻融后的试样取出进行三轴试验；6组冻融完成。
进一步的，所述石灰的含量为0％、3％、6％、9％、12％。
进一步的，所述试样制成后均采用塑料薄膜紧密包裹后密封，以防止试样水分的散失和外界补给，模拟封闭系统。
进一步的，所述三轴试验围压为100kPa、150kPa、200kPa，剪切速率为0.8mm/min，控制应变为20％。
进一步的，所述冻融循环试验冻融循环次数为0、1、3、6、9、12。
本实施例中，提供了试验参数设置：
循环次数：0 1 3 6 9 12(共6组)
冻融：低温箱-20～-15℃，冻12h；恒温箱20～25℃，融化12h。共计24h，此为1个冻融循环。
石灰掺量(体积)：0％3％6％9％12％
试验：不固结不排水静三轴试验
围压：100kPa、150kPa、200kPa(剪切速率为0.8mm/min，控制应变为20％。)
压实度：96％(压实度＝现场干密度/土料最大干密度；干密度＝湿密度/(1+0.01*平均含水率))
击实：三瓣饱和器击实，96％的压实度
变量：围压、冻融次数、石灰掺量
制样：直径39.1mm、高度80mm的圆柱体(首先，将试验用土翻晒烘干后过2mm筛，按照最优含水率加水拌合均匀后密封静置24h。然后，在三瓣饱和器内分3层击实成型，以保证试样的均一性。试验设计中，试样冻融循环在封闭条件下进行，试样制成后均采用塑料薄膜紧密包裹后密封，以防止试样水分的散失和外界补给，模拟封闭系统。)
试验方案具体见表1：
表1试验方案
注：c为粘聚力，为内摩擦角、τ为破坏强度
本实施例中，还提供了数据处理及结论，具体如下
(一)粉质粘土的基本物理量，见表2
表2土的物理性能指标
(二)破坏强度，参见图1、图2a-2e；其中，图1为不同石灰含量与破坏强度关系图(围压100kPa)；图2为土样的冻融循环次数-破坏强度关系图：(a)石灰含量为0％的土样；(b)石灰含量为3％的土样；(c)石灰含量为6％的土样；(d)石灰含量为9％的土样；(e)石灰含量为12％的土样。
具体地，1)同一石灰掺量和围压下，随着冻融循环次数增加，石灰土的破坏强度逐渐降低。
2)同一石灰掺量和冻融循环次数下，随着围压增加，石灰土的破坏强度逐渐增加。
3)同一围压和冻融循环次数下，随着石灰掺量增加，石灰土的破坏强度逐渐增加，增加幅度逐渐减小。
(三)粘聚力和内摩擦角，见图3、图4；其中，图3为土样冻融循环次数与粘聚力关系图；图4为土样土样冻融循环次数与内摩擦角关系图；
具体地，1)同一石灰掺量下，随着冻融循环次数增加，石灰土的粘聚力逐渐降低，内摩擦角变化幅度不大。
2)同一冻融循环下，随着石灰掺量的增多，试样的粘聚力先增大，后减小，内摩擦角逐渐增大。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的一种石灰改良粉质黏土抗冻融性能的试验方法，在利用室内试验得到粉质粘土基本物理指标条件下，对素土和石灰改良土进行冻融循环试验和不固结不排水静三轴试验，并揭示粉质粘土在不同冻融循环作用下同种石灰掺量改良土的强度变化特性；揭示粉质粘土在同一冻融循环作用下不同石灰掺量改良土的强度变化特性。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种石灰改良粉质黏土抗冻融性能的试验方法，其特征在于，包括：
1)制样：首先将土料捣碎与翻晒后过2mm筛；其次将准备好的土料加入石灰掺合料在其最优含水率下拌合均匀后密封静置24h；将土样按压实度为96％在三瓣饱和器内分3层击实成型，以保证试样的均一性，试样制成后，在标况条件下养护7d；
2)冻融循环试验基础上进行不固结不排水静三轴试验：低温箱-20～-25℃，冻12h；恒温箱20～25℃，融化12h，共计24h，此为1个冻融循环；第一天，把制作好并养护好的试样置于冷藏室，进行冻融循环试验，并把相应进行0次冻融的试样进行三轴试验；第二天，把经1次冻融后的试样取出进行三轴试验；第四天，把经3次冻融后的试样取出进行三轴试验；第七天，把经6次冻融后的试样取出进行三轴试验；第十天，把经9次冻融后的试样取出进行三轴试验；第十三天，把经12次冻融后的试样取出进行三轴试验；6组冻融完成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石灰的含量为0％、3％、6％、9％、12％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试样制成后均采用塑料薄膜紧密包裹后密封，以防止试样水分的散失和外界补给，模拟封闭系统。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三轴试验围压为100kPa、150kPa、200kPa，剪切速率为0.8mm/min，控制应变为20％。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冻融循环试验冻融循环次数为0、1、3、6、9、12。
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2018
- 2018-12-10 CN CN201811503959.1A patent/CN109342250A/zh active Pending
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