认真参考论文格式
摘要
本文综述了粘性土的主要工程性质及其对工程建设的危害，并根据实际工程需要，建议用小剂量石灰改性粘性土，然后分析了石灰土强度形成机理。进行了素土，石灰改性土的击实试验，得出了最大干密度和最优含水量随石灰剂量变化的规律。制备了石灰剂量4%~8%，压实度为90%~95%的石灰稳定土，在标准养护室内分别养护7d~90d，然后分别进行无侧限抗压强度试验和劈裂强度试验，以探讨石灰剂量、压实度、养护时间等对小剂量石灰稳定土强度特性的影响。
试验结果表明：无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度都随着压实度增大而增大，随龄期的增长而增大，且初期强度增长较快，后期强度增长相对较慢。石灰稳定土的抗压强度和劈裂强度在龄期超过 28 d 后增长量仍然很大（石灰剂量4%的石灰稳定土除外）。在压实度相同的情况下，灰剂量较小的石灰稳定土早期的的无侧限抗压强度、劈裂强度稍大于灰剂量较大的石灰稳定土。当龄期较大时，情况相反。
关键词：粘性土；石灰改良土；击实特性；无侧限抗压强度；劈裂抗拉强度
Abstract
The main engineering properties of clay and the hazards of construction due to clay are summarized in this paper. The small content of lime-stabilized soils was suggested based on the the actual needs of project and the mechanism of strength of lime soil is analyzed.
Compaction tests of clay and lime-soil have been made to obtain the rules of change about optimum water content,maximum dry density with the change of lime contents.
The lime-stabilized soils with the cross combination of three different lime contents (4%, 6% and8%)and three different degree of compaction (90%,93% and 95%) were molded. The specimens were then placed within plastic bags to avoid significant variations in moisture content and cured in a humid room at 23o±2oC and relative humidity above 95% for 7d~90d.Then, the unconfined compression test and splitting strength test were carried out to research the influence of the content of lime, degree of compaction, curing time on the strength of lime-stabilized soils.
The results of tests showed that: the unconfined compressive strength and splitting strength increases approximately with the increase in both degree of compaction and curing time, and both of them increase quickly in the early time while they do slowly in the late time. The unconfined compressive strength and the splitting strength of lime stabilized soil, except for 4% lime content of lime stabilized soil, increase still quickly when their cured times are more than 28 d. In addition, the unconfined compressive strength and the splitting strength of lime stabilized soil with the greater content of lime are likely less than those with the less content of
lime in early time while the results are the opposite in later time.
Key Words: Clay ; Lime-soil ; Compaction Characteristics ;Unconfined Compressive Strength; Splitting Tensile Strength
目录
摘要................................................... 错误！未定义书签。Abstract ................................................................. II 1 引言. (5)
1.1 研究的目的和意义 (5)
1.2 应用历史与研究现状 (2)
1.2.1 石灰稳定土的应用历史 (2)
1.2.2 石灰稳定土国内外研究状况 (2)
2 粘性土特性与石灰改性效应 (4)
2.1 概述 (4)
2.2粘性土的基本工程性质 (4)
2.2.1 粘性土的压实性 (5)
2.2.2 粘性土的渗透性与崩解性 (6)
2.2.3 粘性土的压缩性 (7)
2.3 石灰同粘性土的相互作用（石灰土强度形成机理） (7)
3 素土与石灰稳定土的击实特性 (8)
3.1 研究目的及主要内容 (8)
3.2 研究方法 (9)
3.3 实验材料 (9)
3.3.1 石灰 (9)
3.3.2 土样 (9)
3.4 试验方法 (10)
3.4.1 仪器设备 (10)
3.4.2 素土的击实试验 (11)
3.4.3 石灰稳定土击实试验 (12)
3.5 标准击实试验结果分析 (12)
3.5.1 素土的击实特性 (12)
3.5.2 石灰稳定土的击实特性 (13)
4 小剂量石灰土无侧限抗压强度与劈裂抗拉强度 (16)
4.1 试件的制备与养护 (16)
4.1.1 试件的制备 (16)
4.1.2 试件的养护 (16)
4.2 无侧限抗压强度的室内试验研究 (16)
4.2.1 试验原理 (16)
4.2.2 仪器设备 (17)
4.2.3 试验步骤 (17)
4.2.4 试验结果分析 (18)
4.3 劈裂抗拉强度的室内试验研究 (20)
4.3.1 试验原理 (20)
4.3.2 仪器设备 (20)
4.3.3 实验步骤 (21)
4.3.4 试验结果分析 (21)
5 结语 (23)
5.1 结论 (23)
5.2 展望 (24)
参考文献： (25)
致谢 (27)
1 引言
1.1 研究的目的和意义
在我国公路的施工中要根据不同公路的施工规模、施工条件、施工特点来进行施工方案的确立，在不同公路施工中质量问题也不尽相同。这些质量问题直接影响公路的使用寿命和使用质量，造成了巨大的经济损失。现行的绝大多数公路建成1-2年后，因地表雨水下渗、地下水升高或地下毛细水上升的作用，从而使路基的含水量远远超过施工期控制的最优含水量，长期处于潮湿的可塑状态，甚至流塑状态，致使路堤土体模量减小，强度下降，承载能力下降，甚至严重丧失，道路工后沉降或不均匀沉降继续发展，从而导致路面结构破坏，道路翻浆，影响道路的正常通行。
所以工程建设中，常采用在土体中掺入石灰、水泥、粉煤灰等外加剂的办法来提高土体的强度、降低土体的压缩性或改善土体的变形特性。按照外加剂类型，稳定土可分为石灰稳定土、水泥稳定土、二灰土等。国内一直都十分重视粘性土土作为建筑材料和地基的研究，尤其是铁路部门对粘性土问题研究得较早，也较系统。而石灰稳定土的应用更是广泛，大约在1930年前后，随着土力学试验的发展，石灰稳定土开始在世界范围内普及和全面接受。
石灰稳定土适用于基础工程以及公路路面的底基层，此时的石灰剂量(石灰剂量=石灰质量/干土质量)往往较大，质量比一般在8%以上。岩土工作者对此类稳定土的加固机理、与土反应的微观机理、力学性质以及工程应用等方面做了大量的研究工作，随着工程经验的积累，石灰稳定土已经逐渐的用于路基工程，但此时的石灰剂量往往较小，一般石灰的剂量比（质量分数）在4%--8%，而目前对于小剂量石灰稳定土的研究还较少，但已有不少的工程中已经使用了小剂量的石灰稳定土。所以，本文对小剂量的石灰稳定土的强度特性进行室内试验的研究。
1.2 应用历史与研究现状
1.2.1 石灰稳定土的应用历史
用掺加石灰的办法改善土体的稳定性和提高土体的力学性能早己为人们所熟知。在古代中国，石灰稳定土常被用作城廓、寺塔的地基，如:北京高大城墙、圆明园宫殿的地基[8]。在国外，用石灰拌和的粉土和粘土曾用来修建过罗马的一些道路。
纵观中国古代建筑发展的历史，从夯筑技术的出现到演变为成熟的灰土技术，经历了一个漫长的历史过程。单就灰土技术而言，则属于成熟较晚的传统古建筑施工技术。我国用灰土处理地基的方法由于其经济性等优点，所以沿用至今，且其在工程中的应用已经较为成熟，尤其是在湿陷性黄土地区灰土的应用更为广泛，比如：灰土垫层、灰土挤密桩、灰土井桩等。值得注意的是，基础工程中，石灰的剂量常用体积表示，即2：8灰土，3：7灰土，石灰剂量较大。
世界各国广泛利用石灰稳定土作为路基或堤坝的填筑材料，尤其是高速公路、高速铁路、机场道路等重大工程。世界各国还将石灰稳定土用作房屋、桥梁等建筑物的地基，并且规模比以前大得多。到20世纪90年代末期，一些重大建筑物，如高层建筑、大型发电厂，开挖深度达10余米，石灰稳定土垫层厚度远远超过以前认为经济合理的石灰稳定土垫层厚度(1-3m)。
1.2.2 石灰稳定土国内外研究状况
石灰土技术作为路基土质改良方法之一日臻成熟，近年来在各种道路建设中得到了越来越广泛的应用。生石灰的掺入，能够提高粘性土的强度、水稳性和抗蚀性，特别是增长了抗体积胀缩的稳定能力，大大提高了路基的工程性能。
目前，石灰土的理论研究仍落后于石灰土的工程应用，尤其是小剂量石灰稳定土的理论研究，在实际工程中许多工程参数主要依赖于工程实际、工程经验。其研究还未提高到一定的理论高度。虽然在石灰土的加固机理、与土反应的微观机理、力学性质以及工程应用方面，岩土研究者已经做了大量的工作，这些工作主要的研究对象是大剂量的(>8%)石灰土。所以，这些这并不能满足实际工程的需要。
在国外，1906年美国进行改良稳定土的初次尝试，开展了采用水泥、沥青及一些化
学制品改良稳定土的系列研究。在20世纪40年代以后，随着公路，铁路以及机场的工程的需要，水泥稳定土等有了很大的发展。国外目前采用的改良土添加剂主要有水泥、石灰、粉煤灰、沥青、焦油、有机阳离子化合物以及氯化钠、氧化钙等。此后，关于改良稳定土的研究有了较大的发展。如：Sauer 等通过室内试验研究了不同灰剂量的冰渍石灰稳定土经历冻融循环后的动变形特性，Bell研究了石灰对粘土及其常见矿物成分高岭土、蒙脱石、石英等的工程力学性质的改良作用。Osula等对比研究了石灰和水泥对红土进行改良时，龄期对改良效果的影响。Locat等研究了经石灰处理后的有机质软土的力学和硬化特征。Shihata 和 Baghdadi通过试验研究了无侧限抗压强度作为水泥土冻融耐久性指标的可能性。
在国内，刘松玉等[对击实膨胀土的循环膨胀特性做了研究，得出干湿循环将使击实膨胀土强度大大降低的结论。
刘春原等针对高液限粘土稳定性差的性质，添加石灰，研究其混合土料的强度变化规律。采用室内试验分析比较、技术经济指标筛选和试验路段检验的综合分析方法，研究结果认为，在高液限粘土中掺入4%的石灰所形成的石灰稳定土，达到了实际工程要求，并取得良好的经济效果。
徐勇等通过重型击实试验和无侧限抗压强度试验，研究了不同石灰掺入量及不同养护时间对石灰土的最大干密度、最优含水率及无侧限抗压强度的影响，确定了作为公路路基填料的石灰土的最佳石灰配比及养护时间，且石灰土的强度随着石灰的掺入量的增加而增大，但并不是石灰掺量越多越好。
崔伟，李华銮，穆乃敏从试验的角度研究了膨胀土用石灰改性后的力学性质，研究表明膨胀土经石灰改性处理后强度显著提高，并且随龄期增长而增大。
郭爱国等以实际高速公路工程为依托，通过室内和现场试验，对中膨胀土的物理力学特性以及中膨胀土经过石灰改性处理后的的效果进行了研究。研究表明：未经石灰改性的中膨胀土在最佳含水量条件下有较高的强度，浸水饱和后膨胀量大，强度衰减很多，水稳定性很差；经石灰改性后的中膨胀土强度有很大提高，水稳定性也较好。
赵青海等则通过结合郑西高速客运专线工程，通过大量土工试验和理论分析，研究了石灰改良黄土的击实特性、压缩特性、强度特性以及影响其工程力学特性的主要因素。研究表明：随着石灰掺入量的增大,石灰改良土的最大干密度减小,最优含水率增大；当石灰含量较低时,石灰改良土的强度随石灰掺入量的增加而增大,当掺量为5%时强度达到最
大,继续加入石灰,强度不再增加反而减小,但石灰含量超过一定数量后,过多的石灰将沉积在孔隙中而不参加反应将导致石灰土强度降低。
王天亮等对冻融作用下不同掺和率的水泥及石灰改良土进行了动三轴试验，研究了改良土的临界动应力的变化规律及影响因素。试验结果表明：反复冻融作用下水泥土的改良效果要优于石灰土，相对于素土的力学性能均有明显的改善；两种改良方法的抗冻融性存在一个最优掺和率。
2 粘性土特性与石灰改性效应
2.1 概述
由于粘性土原则上不应用作路基填料，进行必要的土质改良是十分必要的，而用石灰作为改性剂对粘性土进行改良的研究是最为普遍和深入的，其工程应用也最为成熟。而由石灰土填筑的路基整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好，为建成高质量公路创造了先决条件。石灰土技术作为路基土质改良方法之一日臻成熟，近年来在高速、重载铁路路建设中得到了越来越广泛的应用。生石灰的掺入，提高粘性土的强度、水稳性和抗蚀性，特别是增长了抗体积胀缩的稳定能力，大大提高了铁路路基的工程性能。目前针对石灰土在高速路基工程建设中的应用，已经进行了许多研究。
因而选取石灰土作为主要的研究对象有重大现实意义，并有继续研究的价值。在对石灰土的研究中，所选掺灰量的多少直接影响研究土样的各项物理力学指标和强度特征，研究表明，对于稳定性较差的粘性土，掺入6%的石灰所形成的石灰土对路基土质的改善效果较好，达到了实际工程的要求；经石灰处理的高液限粘土，其膨胀量和膨胀力都得到有效控制，有较好的稳定性，强度也显著提高。
2.2粘性土的基本工程性质
粘性土主要由粘土矿物、氢氧化物和各种难溶盐类组成，有的粘土矿物中还含有较多的蒙脱石、伊利石、高岭石等。粘土矿物颗粒表面吸附水的能力决定了粘性土的粘性和可塑性，其主要特点为透水性差，吸水膨胀，失水收缩，具有较大的胀缩变形能力和灵敏度，饱和时强度低，难以晒干，干燥时十分坚硬，容易出现龟裂，且难以粉碎。
自然界中，组成粘性土的粘土矿物及其它矿物或颗粒总是以一定的排列组合型式联结在一起，它对粘性土的力学性能有明显的影响。不同微结构类型粘性土的抗变形能力有很大的差别。粘性土的构造可分为原生构造与次生构造。原生构造是土在沉积过程中形成的，其特征多表现为层状、片状、条带状等，其工程性质常呈各向异性。如河流三角洲沉积的粘性土中，常含夹砂层或透镜体。滨海或三角洲相静水环境沉积的粘性土常夹数量很多的极薄层(l~2)砂，呈“千层饼状”。这类构造常使土呈各向异性，并有利于排水固结。次生构造是土层形成后又经历了不断的改造所形成的构造，如土中因物质成分的不均一性，干燥后出现各种垂直裂隙、网状裂隙等，使土体丧失整体性，强度和稳定性剧烈降低。
2.2.1 粘性土的压实性
土的压实性是指土体在压实能量作用下，土粒克服粒间阻力，产生位移，使土中的孔隙减小，密度增加的性状。压实粘性土宜用机具或压强较大的碾压机具，同时必须把土的含水量控制在一定的范围内。
粘性土经重塑击实，可获得最佳含水量和最大干密度的击实曲线。通过对膨胀粘性土进行击实试验，并对一些土样的微观结构进行了扫描电镜测试，可以得出击实粘性土土样的微观结构特征及其定量评价。测试结果表明，在相同的击实功能下，随着制备含水量的增加，土的微观结构也发生了一系列变化，从松散集粒结构→紧密集粒结构→镶嵌结构→紊流状结构→定向排列结构。粘性土在相同击实功能下，随着制备含水量的增加，土中孔隙的相对面积和平均孔径在最佳含水量处达到最小值，土中孔隙形状不断拉长.颗粒排列的有序性不断提高。只有在制备含水量较高的情况下，粘性土微观结构整体定向性才充分显示出来，各向异性明显；在最佳含水量和含水量小于最佳含水量处，土结构的整体定向性差，呈各向同性。
影响粘性土压实的因素如下：
（一）含水量的影响含水量对土的击实效果影响最大。锤击或碾压的功需要克服土颗粒间的内摩阻力和粘结力，才能使土颗粒产生位移并互相靠近。当土干燥时，土颗粒间的内摩阻力大，压实到一定程度后，某压实功不能克服土的抗力，压实所得干密度小。当土的含水量逐渐增大时，水在土颗粒间起着润滑的作用，使土的内摩阻力减小，因此同样的压实功可以得到较大的干密度。
当含水量超过最优含水量后，水所占据的体积增大，限制了颗粒的进一步接近，含水
量越大，水所占据的体积越大，颗粒所占据的体积越小，因而干密度逐渐变小。由此可见，含水量不同，改变了土中颗粒间的作用力了，并改变了土的结构与状态，从而在一定击实功能下，改变着土的击实效果。
（二）击实功能的影响
击实的压实功能与夯锤的重量、落高、夯击次数以及被夯击土的厚度等有关，碾压的压实功能则与碾压机具的重量、接触面积、碾压遍数及土层的厚度等有关。
当击实功能增大时，最优含水量减小，最大干密度相应地增大。所以在压实工程中，若土的含水量较小，则需要较大的机具，才能把土的压实到最大干密度；在碾压过程中，如未能将土压实到最密实的程度，则需增大压实功能（选用功能较大的机具或者增加碾压遍数等）；如土的含水量较大，则应选用压实功能较小的机具，否则会出现“橡皮土”现象。因此，若要把土压实到工程要求的干密度，必须合理控制压实时的含水量，选用合适的压实功能，才能获得预期的效果。
（三）不同土类和级配的影响
对于粘性土而言，压实效果与其中的粘性土矿物成分含量有关，添加木质素和铁基材料可改善土的压实效果。
2.2.2 粘性土的渗透性与崩解性
（一）渗透性
根据室内渗透试验，粘性土的透水性是很微弱的。膨胀土地下水主要为孔隙裂隙水，其动态受大气因素制约。渗透水的特征受裂隙发育程度及地貌形态的影响，现场可直接观察渗流水沿结构面逸出，特别是不同时代界面软弱层。然而，对于裂隙介质的膨胀土而言，重力水在介质裂隙内的流动，大多数可视为层流。
（二）崩解性
崩解性是粘性土土浸水所发生的一种吸水湿化现象。由于土块表面颗粒首先吸附水分子形成水化膜，使颗粒间连接削弱。同时，一部分胶结物被水溶解，破坏了土的结构连结。而且粘性土多裂隙性，雨水渗入土体中很快沿裂隙浸湿两侧土壁并使之膨胀，使土体内产生不均匀内力。于是在水膜楔入效应的作用下，使土块周围首先出现各种形状不一的土粒或小块掉落与崩解等解体现象。对于裂隙不发育的土块，崩解作用一般是从外部向土块中心逐渐发展的，若裂隙发育的土块，则崩解作用主要受裂隙分布控制。实验室测试粘性土
的崩解性表明，烘干试样在水中崩解速度很快，一般在3分钟内即可全部崩解完毕。部分失水的土样崩解速度较快，天然含水率状态下的试样，崩解速度慢。影响粘性膨胀土崩解作用的因素主要是膨胀土的矿物成分，结构特征与胶结物以及土的起始含水率和失水历时。在工程实践中，通过粘性膨胀土在水中的崩解特征来初步判断膨胀土的工程性状。
2.2.3 粘性土的压缩性
土的压缩主要是由于外力作用下土中孔隙体积的减少，一般用压缩系数和压缩模量来表征。天然状态下膨胀土的孔隙比一般在0.540～0.781之间。从固结回弹和压缩变形曲线可以看出，曲线形状不很陡峭，反映了土体压缩性不高。同时加压曲线和退压曲线不相重合，这是因为土样在受压过程中不可避免地要引起原有结构的改变，土粒靠近或重新排列，产生部分塑性变形。
2.3 石灰同粘性土的相互作用（石灰土强度形成机理）
(1)离子交换作用
生石灰(主要成分为CaO和MgO)在遇水消解时，产生Ca(OH)
2和少量的Mg (OH)
2
，
在土壤中水的作用下二者进一步离解:Ca(OH)
2→Ca+++2(OH)-，Mg(OH)
2
→Mg+++2(OH)-。
离解产生的高价Ca++、Mg++很容易置换粘土颗粒所收附的低价K+、Na+等离子，带二价阳离子的粘土由于颗粒间吸引而凝聚团粒化，土粒比表面积减小，结合力增大。由于Ca++、Mg++离子结合水膜较薄，因而由粘土颗粒结合而成的团粒结构也具有较薄的结合水膜，使粘土分散性、坍塌性、亲水性、粘附性和膨胀性降低，塑性指数下降并易于稳定成型。这个作用在消化反应早期进行迅速，是形成石灰土早期强度的主要原因之一。
(2)碳酸化作用
消石灰在土中仍会不断和空气中的CO
2作用:Ca(OH)
2
+CO
2
→CaCO
3
+H
2
O，Mg
(OH)2+CO2→MgCO3+H2O。反应过程在有水条件下进行，并随含水量增大而加快，因而石灰在养生期间应保持一定的含水量。CaCO
3
是坚硬的结晶体，具有较高的强度和水稳性，
由于CaCO
3对土的胶结作用使土体得到加固，形成石灰稳定土，空气中的CO
2
含量比较小
和石灰土孔隙的连通性是有限的，因而Ca (OH)
2、Mg (OH)
2
的碳化作用是个相当长的过程，
形成了石灰土的后期强度。
(3)凝胶反应
在进行离子交换反应的后期，随龄期的增长粘性土中的硅胶、铝胶将与石灰进一步反
应形成含水硅酸钙(CaSiO
22n H
2
O)、铝酸钙(CaAl
2
O
3
·nH
2
O)，这种凝胶物质具有水硬性，
能够在固体与水二相环境下发生硬化，在土的团粒外围形成一层稳定的保护膜，具有很强的粘结力，把土团粒胶结起来，形成网状结构，使灰土强度增高并长期保持稳定。同时，保护膜还能起到隔离作用，阻止水分进入，是石灰土获得强度和水稳性的重要因素。
(4) 结晶作用
生石灰掺入土中的反应受到水分、粘土矿物含量和CO
2
含量等因素的限制，实际产生
的离解、化学反应仅有少部分，绝大部分饱和Ca(OH)
2在灰土中自行结晶。Ca(OH)
2
+n H
2
O
→Ca(OH)
22nH
2
O。Ca(OH)
2
2nH
2
O晶体同样也会把土粒胶结成整体，结晶的Ca(OH)
2
溶
解度更小，进一步提高了石灰土的水稳性。
(5) 吸水、膨胀、发热作用
生石灰在土中伴随消解作用的同时，还会有膨胀发热现象，使土体进一步挤密、脱水，降低土中含水量，进一步提高土体密实度。但在实际施工中，也必须注意其“负面”影响，保持一定的“闷料”时间再行压实。道路工程实践表一明:碾压完成后，石灰稳定土中若含有消解不充分的生石灰，在养生过程中，生石灰继续吸水消解产生体积膨胀，致使填土表面出现胀松鼓包现象，影响稳定土层的强度和平整度[18]。
3 素土与石灰稳定土的击实特性
3.1 研究目的及主要内容
当把土作为填筑材料时，为了提高其的抗剪强度、降低其压缩性和渗透性，工程上采用压实或夯实的方法提高其干密度和降低其孔隙比。为研究土体的压实规律和控制压实质量，需要对土体的压实特性进行试验研究。室内采用击实试验方法模拟现场压实，在规定了试验仪器和击实功后，规范称作标准击实试验。最优含水率是对填土进行施工质量控制的一个重要指标。由于确定石灰稳定土填筑含水率范围的传统方法[19]是依据最优含水率进行的，这使得对石灰稳定土的施工指导难以进行。基于这一现状，分别进行了粘性土及其不同灰剂量石灰稳定土的击实试验。击实试验还为以下研究内容提供基本资料。
1）为研究石灰稳定土的强度试样制作提供合适的制样干密度和制样含水率；
2）根据击实曲线初步确定石灰稳定土可能的允许填筑含水率范围。
3.2 研究方法
分别作素土及其不同灰剂量的石灰稳定土的击实试验，根据试验结果分别绘制击实曲线，通过对比素土与石灰稳定土的击实曲线的形态、总结最优含水率及最大干密度随着灰剂量变化的规律分析石灰稳定土的击实特性。
3.3 实验材料
3.3.1 石灰
石灰的主要成分是氧化钙（CaO)和氧化镁(MgO)，石灰中氧化钙和氧化镁的含量越高，石灰的等级也越高，用来稳定土的效果也愈好。
石灰作为胶凝材料，其等级的高低对石灰稳定土的性能会产生直接影响。根据《沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）的要求，石灰稳定土所用石灰质量最低应符合该规范规定的Ⅲ级消石灰或Ⅲ级生石灰的技术指标，且应缩短石灰的存放时间，应采取覆盖封存，妥善保管。
本项目试验选用禹州产消石灰，根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中T08013-1994的规定，测得所制成消石灰的有效氧化钙和氧化镁的含量分别为56.11%和7.14%，属于Ⅰ级镁质消石灰。
3.3.2 土样
试验中的粘性土取自某工程现场，对采集的土样分别进行自由膨胀率试验、液塑限联合试验、颗粒分析试验，其结果如表1~2所示。
表1 土样的常用指标
液限塑限塑性指数自由膨胀率
（%）最佳含水率
（%）
最大干密度
（g/ cm3）
39.5 19.2 20.3 26.5 12.9 1.91
表2 土样的颗粒级配
参数粒径/mm
2.0 1.0 0.5 0.25 0.075
通过率/% 99.5 88.3 71.2 57.1 33.8
由表1.1可得，土样液限高达39.5，但自由膨胀率为26.5%（<40%），按照JTG E40-2007《公路土工试验规程》和JTG D30-2004《公路路基设计规范》推荐的分类标准，属于低液限粘土。
3.4 试验方法
3.4.1 仪器设备
本试验所选用材料的最大粒径为5mm，根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009)中T0804-1994的规定，选用甲类击实方法（5层小桶27击），其击实筒主要试验参数如表3所示。
表3 击实试验参数
锤的质量/kg
锤击
面直
径/cm
落高
/cm
试筒尺寸
锤击
层数
每层
锤击
次数
平均
单位
击实
功/J
容许
最大
粒径内径
/cm
高
/cm
体积
/ cm3
4.5
5.0 45 10.0 12.7 997 5 27 2.867 19.0
其他仪器设备如下：
电子天平（感量0.01g）；方孔筛（孔径53mm，37.5mm，26.5mm，19mm，4.75mm，2.36mm 的筛各一个）；拌合工具（约400mm3600mm370mm的长方形金属盘、拌合用平头小铲等）；量筒（50mL,100mL,500mL各一个），直刮刀，刮土刀，烘箱及干燥器等。
3.4.2 素土的击实试验
按照(JTJ051- 93)(JTJ051-93，路土工试验规程[s].)中的重型标准击实试验方法进行击实。
具体的试验步骤如下：
（1）将具有代表性的风干材料用木锤捣碎或用木碾碾碎，土团均应破碎到能通过4.75mm的筛孔。
（2）将已筛分的试样用四分法逐次分小，至最后取出约17kg试料。再用四分法将已取出的试料分成8份，每份试料的干质量为2．0kg。
(3)按预定8个不同含水量，依次相差1％～2％，且其中至少有两个大于和两个小于最佳含水量。
(4)按预定含水量制备试样。将1份试料平铺于金属盘内，将事先计算得的该份试料中应加的水量均匀地喷洒在试料上，用小铲将试料充分拌和到均匀状态，然后装入密闭容器或塑料口袋内浸润备用。
(5)试筒套环与击实底板应紧密联结。将击实筒放在坚实地面上，取制备好的试样(仍用四分法)400～500g(其量应使击实后的试样等于或略高于筒高的1／5)倒入筒内，整平其表面并稍加压紧，然后按所需击数进行第一层试样的击实。击实时，击锤应自由铅直落下，落高应为45cm，锤迹必须均匀分布于试样面。第一层击实完后，检查该层高度是否合适，以便调整以后几层的试样用量。用刮土刀或改锥将已击实层的表面“拉毛”，然后重复上述做法，进行其余四层试样的击实。最后一层试样击实后，试样超出试筒顶的高度不得大于6mm，超出高度过大的试件应该作废。
(6)用刮土刀沿套环内壁削挖(使试样与套环脱离)后，扭动并取下套环。齐简顶细心刮平试样，并拆除底板。如试样底面略突出筒外或有孔洞，则应细心刮乎或修补。最后用工字型刮平尺齐简顶和筒底将试样刮平。擦净试筒的外壁，称其质量并准确至5g。
(7)用脱模器推出筒内试样。从试样内部从上到下取两个有代表性的样品(可将脱出试件用锤打碎后，用四分法采取)，测定其含水量，计算至0．1％。两个试样的含水量的差值不得大于1％。烘箱的温度应事先调整到110℃左右，以使放入的试样能立即在105～110℃的温度下烘干。
(8)按本款第(3)～第(7)项的步骤进行其余含水量下稳定土的击实和测定工作。
（9）根据公式（3.1）计算出每次击实后素土试样的干密度。 10.01w
d ρρω=+ (3.1)
其中ρd ：试样的干密度，ω：试样的含水量。
（10）以干密度为纵坐标、含水量为横坐标，绘制击实曲线，如果曲线不完整，则适当补点。
3.4.3 石灰稳定土击实试验
石灰稳定土击实试验一共3组，它们的灰剂量分别为4%、6%、8%。
石灰稳定土击实试验按以下步骤进行:
1.按照素土击实试验中风干并粉碎土样的方法准备至少110kg 土样；
2.将消解好的石灰过5mm 筛，然后将其拌和均匀备用；
3.用四分法称取至少8份土样，每份3kg ；
4.将土样与预定质量的消石灰拌和均匀，然后，掺预定质量的水。每次用喷壶向土样表面均匀地喷洒一定质量的水之后，将土样与水拌和均匀，再接着喷水，直到将预定质量的水全部加入土中。
5.将拌和均匀后的试样密封浸润24小时，按照(JTJ051一93)中的重型标准击实试验方法进行击实；
6.整理试验成果，绘制击实曲线。若曲线不完整，则适当补点。
3.5 标准击实试验结果分析
3.5.1 素土的击实特性
素土的击实试验结果如表1所示：
表4 素土的击实试验结果
含水率 9.9 10.3 10.8 11.6 11.9 13.5 15.1 16.4 干密度 1.846 1.859 1.884 1.909 1.944 1.933 1.822 1.789 则得到的击实曲线见图1：
图1 素土的击实曲线
从图中可以可以看出：在击实过程中，素土的干密度与含水量的变化关系。最优含水量为12.5%，最大干密度为 1.96g/cm3。当含水率小于最优含水率时，干密度随着含水率的增加而增加，且增长的趋势较为缓慢；当含水率大于最优含水率时，干密度随着含水率的增加而降低，下降的幅度较大。因此可以证明：当素土含水率大于最优含水率以后，干密度随着含水率的增加而降低比较快的原因是土体接近饱和，不能被击实。
3.5.2 石灰稳定土的击实特性
各种灰剂量下石灰稳定土的击实试验结果如下表：
表5 灰剂量为4%的击实试验结果
含水率9.5 10.8 12.3 13.2 14.0 15.9 16.6 16.9
干密度 1.747 1.755 1.786 1.817 1.830 1.802 1.781 1.766
表3 灰剂量为6%的击实试验结果
含水率10.0 11.6 12.5 13.4 14.3 15.7 16.7 18.2
干密度 1.720 1.749 1.782 1.809 1.819 1.768 1.755 1.739
表4 灰剂量为8%的击实试验结果
含水率11.1 12.0 12.6 13.4 14.3 14.8 15.5 17.1
干密度 1.690 1.715 1.735 1.750 1.761 1.755 1.741 1.719
图2 石灰稳定土的击实曲线 1. 最大干密度随着灰剂量变化的规律
在粘性土中掺加石灰，形成不同灰剂量的石灰稳定土。分别对其进行击实试验，得到的击实曲线见图2。从击实过程中可以看出：击实过程中，石灰稳定土的干密度对含水率的变化不敏感，且随着灰剂量C L/% 的增加曲线变得愈加的平缓，表明不敏感性增加。
当含水率小于最优含水率时，石灰稳定土的击实曲线比素土的击实曲线相对较缓，这说明，此时石灰稳定土的干密度受击实时含水率的变化相对较小。当含水率大于最优含水率时，则击实曲线变得平缓。石灰稳定土的干密度对含水率的变化不敏感是由于石灰引起粘土颗粒凝聚成较大的颗粒，土体中粘粒含量大大减少，粉粒含量增加，也就是说，阳离子交换作用改变了土的级配。
与素土的击实曲线相比较而言，石灰稳定土的最大干密度随着石灰剂量的增大而逐渐的减小。其变化关系如图3所示：
表5 灰剂量与最大干密度
石灰剂量L C /%
0 4 6 8 最大干密度dmax /g.cm -3
1.96 1.84 1.82 1.76
图3 最大干密度随石灰剂量的变化曲线
2.最优含水率随着灰剂量变化的规律
从图2可以看出，随着石灰剂量的增加，石灰稳定土的最优含水率
w逐渐增大。从
op
图4的最优含水率随石灰剂量的变化曲线中可以看出，随着石灰剂量
C的增大，最优含
L
水率
w增大的趋势变缓。
op
表6 灰剂量与最优含水率
C/% 0 4 6 8 石灰剂量
L
w/% 12.5 13.9 14.3 14.5 最优含水率
op
图4 最优含水率随石灰剂量的变化曲线
4 小剂量石灰土无侧限抗压强度与劈裂抗拉强度
4.1 试件的制备与养护
4.1.1 试件的制备
选用直径3高=Φ50mm350mm的试模。石灰稳定土制成压实度分别为90%，93%，95%，石灰剂量分别为4%、6%、8%的试样。按照规程T0843-2009方法成型径高比为1:1的圆柱形试件。分别养护7天、14天，28天、60天、90天。
1）根据击实结果和石灰剂量计算出每份料的加水量、石灰的质量。
2）将称好的土放在长方盘（约400mm3600mm370mm）内。将石灰和土一起拌合，将拌和均匀后的试料放在密闭容器或塑料袋内浸润备用。浸润时间为12h（浸润时的含水量比最佳含水量小3%）。
3）在试件成型前1h内，加入预定数量的石灰并拌合均匀。在拌合过程中，应将预留的水加入土中，使混合料达到最佳含水量。
4）用压力试验机制件。
4.1.24.1.2 试件的养护
1）试件从试模中脱出并量高称质量后，将试件装入塑料袋内。试件装入塑料带后，将袋内的空气排除干净，扎紧袋口，将包好的试件放入养护室。
2）标准养生的温度为20℃±2℃，标准养生的湿度为5%以上。试件表面应保持一层水膜，并避免用水直接冲淋。
3）在养生的最后一天，将试件取出，观察试件的边角有无磨损和缺损，并量高称质量，然后将试件浸泡于20±2℃水中，应使水面在试件顶上约2.5cm。
4.2 无侧限抗压强度的室内试验研究
4.2.1 试验原理
本文以无侧限抗压强度试验成果讨论素土和石灰改良土的强度，因为素土的无侧限抗