重塑高液限土的水敏感性研究_李浩然.pdf

第 卷 第 期 年 月大连交通大学学报 文章编号：（）重塑高液限土的水敏感性研究李浩然，邓韬，许建凯，邹永辉，宋常军（贵州瓮开高速公路发展有限公司，贵州 瓮安；中铁开发投资集团有限公司，云南 昆明；交通运输部公路科学研究所 道路研究中心，北京）摘 要：以不同地域的重塑高液限土为研究对象，在进行直接剪切试验和承载比试验的基础上，研究了含水率对抗剪强度、黏聚力、内摩擦角、加州承载比等特征参数的影响。结果表明：重塑高液限土具有水敏感性，兼具应变硬化和应变软化的特征；抗剪强度及其特征参数随含水率的增大而减小并趋于稳定；加州承载比随含水率的增大呈先增大后减小的变化趋势。关键词：高液限土；抗剪强度；内摩擦角；黏聚力；水敏感性文献标识码：高液限土是指液限（锥试验）大于 的细粒土，具有明显的地域性特点和水敏感性，是不良的路基填料。我国的高液限土主要分布在长江流域以南地区，其中碳酸盐岩高液限土的分布最广，其次为花岗岩残积高液限土，而玄武岩残积高液限土仅有少量或零星分布。国内外学者已对高液限土的水敏感性进行了较多研究，胡昕等、王中文等采用直接剪切试验研究了广梧高速公路高液限土和红黏土抗剪强度的水敏感性；黄剑宇研究了非饱和重塑高液限黏土的脱湿和吸湿抗剪强度；周雄等、易进来等、陈开圣的研究得到了高液限土抗剪强度与干湿循环作用次数的关系；林丽萍等、李涛等提出了非饱和重塑红黏土的抗剪强度与基质吸力的关系；胡宏坤等、杨俊等、兰恒水等、李方华研究了改良高液限土的强度特性，并提出了抗剪强度指标与石灰等掺量之间的关系。然而，高液限土的力学性质复杂，水敏感性强，地域性显著，有必要对不同地域高液限土的水敏感性进行进一步的研究。本文以贵州、福建、湖南山区的高液限土为研究对象，进行了不同含水率下的直接剪切试验和承载比试验。基于试验结果，深入对比分析了重塑高液限土的抗剪强度及其特征参数，加州承载比和含水率之间的关系及其变化规律，为高液限土路堤稳定性分析的力学参数选取提供参考。试验土样和试验方法 试验土样 试验土样分别取自福建三明（编号为 和）、贵州毕节（编号为 和）、湖南永州（编号为 和），其物理特性指标见表。表 土样的物理特性指标土样编号天然含水率 比重 （）液限 塑限 塑性指数颗粒含量 最佳含水率 最大干密度（）收稿日期：基金项目：中铁股份有限公司科技研究开发计划资助项目（引导）第一作者：李浩然（），男，工程师。：第 期李浩然，等：重塑高液限土的水敏感性研究 由表 可知，不同地域的高液限土均具有高天然含水率、高液限、高塑限和高塑性指数的特点，但其颗粒级配差异性较大。如土样编号 的粒径小于或等于 时颗粒含量仅为，其余土样均超过，最大甚至达到。根据规程进行命名，为高液限黏土，为含砂高液限粉土，其余土样为高液限粉土。试验方法 试验土样采用湿土法备样，土样分三层击实，每层 击，环刀切取剪切试验的试样。高液限土路基适宜填筑稠度为，故按表 制备高液限土试样。每一含水率切取 个土样，进行垂直压力为、和 的直接剪切试验。表 制样含水率土样编号制样含水率、承载比（）试验的土样进行 个昼夜的泡水。土样的制样含水率为.、.、.、.、.，土样的制样含水率为.、.、.、.、.、.，土样和 土样的击实功均为重型；土样的制样含水率为.（击实功为重型）、.（击实功为重型）、.（击实功为重型）、.（击实功为重型）；土样的制样含水率为.、.、.、.，击实功为重型；土样的制样含水率为.、.、.、.、.，的制样含水率为.、.、.、.、.、.，击实功均为重型。承载比取贯入量为.和 对应的较大值。试验结果与分析 含水率对应力应变关系的影响 种高液限土试样的应力应变关系与含水率和垂直压力呈相同的变化规律，限于篇幅，本文仅给出 土样在 的应力应变关系曲线，见图。当初始含水率低于塑限时，高液限土表现出明显的应变软化特性；当初始含水率高于塑限时，高液限土逐渐表现出应变硬化特性。可以看出，高液限土的应力应变关系与初始含水率明显相关，随着初始含水率的增大，应力应变关系会逐渐由应变软化型转化为应变硬化型，其转化的特征含水率约为塑限。图 应力应变关系曲线 含水率对抗剪强度的影响 不同含水率下高液限土抗剪强度与垂直压力的关系曲线见图。从图中可以看出，高液限土的抗剪强度有显著的水敏感性，即抗剪强度随着含水率的增大而减小。当初始含水率小于塑限时，含水率变化对抗剪强度的影响较为显著；当初始含水率增大至塑限及以上时，含水率变化对抗剪强度的影响明显降低并趋于稳定。（）（）大连交通大学学报第 卷（）（）图 不同含水率下抗剪强度与垂直压力的关系曲线 含水率对黏聚力的影响 高液限土的黏聚力与含水率的关系曲线见图。图中编号、为文献的试验数据，下同。由图 可知，高液限土的黏聚力随含水率增大而减小，与文献，的研究结论基本一致。但不同地域高液限土的黏聚力与含水率的拟合关系明显不同，回归系数差异很大。表明基于单一样本的拟合模型不具有普适性，难以为工程提供准确的计算参数，因此有必要进行高液限土抗剪强度特征参数的大样本统计研究。图 黏聚力与含水率的关系曲线 由图 还可看出，不同地域高液限土的黏聚力在量值上也有明显差异。当初始含水率小于 时，福建高液限土的黏聚力大于广东和贵州高液限土。当含水率增加至 以上时，不同地域的高液限土黏聚力逐渐趋于一致，基本处于 。含水率对内摩擦角的影响 高液限土内摩擦角与含水率的关系曲线，见图。由图可知，高液限土的内摩擦角随含水率增大而减小并趋于稳定。同时，不同地域高液限土的内摩擦角在量值上也有较大差别。在相同的初始含水率下，福建、广东山区高液限土的内摩擦角大于贵州山区。如当初始含水率为 时，福建、广东和贵州山区高液限土的内摩擦角分别为、和。图 内摩擦角与含水率的关系曲线 含水率对承载比（）的影响 反映了路基土在工作状态下的局部抗剪强度，其水敏感性显著（图）。随含水率的增大呈现单驼峰形态。不同地域高液限土的 有明显差异，具有明显的地域性特点。当含水率为 时，、土样的 约为，、土样的 约为，、土样的 约为。图 与含水率的关系曲线 结论 （）高液限土具有明显的水敏感性和地域差异性。第 期李浩然，等：重塑高液限土的水敏感性研究 （）高液限土的黏聚力、内摩擦角和抗剪强度表现出随着含水率的增大而减小并趋于稳定的变化趋势。不同地域高液限土的衰减规律和衰减幅度明显不同。加州承载比与含水率呈现明显的单驼峰形态。（）高液限土兼具应变软化和应变硬化特性，其由应变软化型转变为应变硬化型所对应的特征含水率约为塑限。（）高液限土黏粒含量高，易失水开裂，因此高液限土路堤施工应做好封闭处理，确保路基内部湿度稳定。参考文献：刘顺青，洪宝宁，方庆军，等 高液限土和红黏土的水敏感性研究 深圳大学学报（理工版），（）：胡昕，洪宝宁，王海明，等 高液限土和煤系土抗剪强度的水敏感性比较研究 四川大学学报（工程科学版），（）：王中文，洪宝宁，刘鑫，等 红粘土抗剪强度的水敏性研究 四川大学学报（工程科学版），（）：黄剑宇 非饱和重塑高液限黏土的抗剪强度试验研究 水利与建筑工程学报，（）：周雄，胡海波 干湿循环作用下高液限黏土抗剪强度试验研究 公路工程，（）：易进来，胡甜，赵健，等 干湿循环增湿与脱湿过程中高液限粘土强度变化 长沙理工大学学报（自然科学版），（）：陈开圣 干湿循环作用下红黏土抗剪强度特性研究 公路，（）：林丽萍，贺建清，罗婉 非饱和压实高液限红粘土抗剪强度与含水量的关系 湘潭大学自然科学学报，（）：李涛，刘波，杨伟红，等 基质吸力对重塑红黏土抗剪强度影响的试验研究 中国矿业大学学报，（）：胡宏坤，邵珠山 石灰改良高液限土强度特性的函数模型研究 中国地质灾害与防治学报，（）：杨俊，黎新春，童磊 风化砂改良高液限红粘土强度特性试验研究 南京理工大学学报，（）：兰恒水，雷鸣，肖雁征，等 掺砂改良高液限土物理力学特性的试验研究 南京工程学院学报（自然科学版），（）：李方华高液限土填料改良的最佳掺砂砾石比试验研究 岩土力学，（）：公路土工试验规程：北京：人民交通出版社，李辉，刘顺青 重塑红黏土和粉状煤系土的水敏感性比较研究 中山大学学报（自然科学版），（）：，（，；，；，）：，：；