水泥及石灰掺量对改良膨胀土抗剪强度的影响_韩晶

石灰与水泥改性加固膨胀土对比试验研究
黄启友
【期刊名称】《水利水电快报》
【年(卷),期】2024(45)3
【摘要】为探究石灰和水泥改性两种方法加固膨胀土的效果,以蒙-华铁路三荆段为例,采用现场采样和室内试验,对膨胀土样品的颗粒分布和力学特性进行了分析,研究了两种改性加固方法不同掺和比例的加固效果,分析内摩擦角、黏聚力、剪切强度
等指标的变化规律,对两种加固方案的效果进行了比较,并通过电镜扫描分析了加固
后的微观结构,揭示加固机理。

结果表明:MHTJ-19和MHTJ-21两个区段的膨胀土在黏性矿物成分、颗粒级配和力学参数方面一致性良好,不存在系统差异。

石灰和
水泥改性显著提升了膨胀土的黏聚力、内摩擦角和抗剪强度,其中水泥改性效果更佳。

电镜扫描图像分析显示,这两种改性方法通过颗粒凝聚作用提高了膨胀土的力
学性能和降低了膨胀性。

研究成果可为重载铁路工程路基设计和维护提供参考依据。

【总页数】7页(P54-60)
【作者】黄启友
【作者单位】中铁第四勘察设计院集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U213.15
【相关文献】
1.膨胀土粉煤灰改性与石灰改性对比试验研究
2.石灰、粉煤灰改性膨胀土的对比试验研究
3.膨胀土CMA改性与石灰改性对比试验
4.不同水泥及石灰掺和比条件下膨胀土的改性试验研究
5.石灰、水泥、粉煤灰改良膨胀土对比试验
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石灰改良膨胀土的强度特性试验研究陈爱军;张家生【摘要】以广西南友公路沿线灰白色膨胀土为研究对象,对其进行了石灰改性的CBR试验、直剪试验、三轴剪切试验和无侧限抗压强度试验,探讨了其强度指标的影响因素及其变化规律.室内试验研究表明,掺灰剂量、密实度和含水量对改良土的CBR值影响较大,掺灰率对直剪试验结果影响规律不明显,三轴剪切试验的C和φ随掺灰率增加而增大,部分无侧限抗压强度试件因为掺灰较少和养护龄期较短而崩解,养护初期无侧限抗压强度与龄期成线性增长关系.【期刊名称】《湖南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(020)002【总页数】5页(P63-67)【关键词】膨胀土;石灰改良;CBR;剪切试验;无侧限抗压强度【作者】陈爱军;张家生【作者单位】湖南工程学院,建筑工程学院,湘潭,411104;中南大学,土木建筑学院,长沙,410083;中南大学,土木建筑学院,长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TU411膨胀土是一种吸水膨胀失水收缩的高塑性粘土,它具有超固结性、多裂隙性和强度衰减性,对工程建筑物的危害极大,特别是对轻型结构物如铁路、公路、堤坝、单层房屋,容易导致路基边坡滑塌、地基沉陷、路面开裂、挡墙倾倒和墙体开裂[1]～[3].广西南(宁)友(谊关)公路沿线分布着大量膨胀土,尤以宁明地区的膨胀土最为典型,如果沿线路堑膨胀土挖方全部废除,远距离借土将显著增加工程造价,同时大量的膨胀土弃方也将带来难以恢复的生态影响,利用石灰改良膨胀土作为路堤填料被认为是一种行之有效的处治措施[4]～[6].强度是表征膨胀土体抵抗剪切破坏的能力,也是计算路堑、渠坡、路堤等斜坡稳定性和支挡建筑物土压力的重要参数,而大量的膨胀土路堤破坏主要是由于膨胀土遇水强度迅速衰减所致[7][8],本文通过试验研究石灰改良膨胀土的强度特性,包括改良土的CBR值、抗剪强度和无侧抗压强度等强度指标,探讨影响其强度的各项因素及其变化规律,为室外石灰改良膨胀土的施工现场提供施工工艺参数.1 试验方案1.1 试验材料说明(1)膨胀土试验所用膨胀土取自南友公路K134+400处取土坑的灰白色膨胀土,并夹有黄褐色斑状团粒,天然状态时可塑,各项基本土性参数见表1.表1 膨胀土基本物性指标类别比重液限/% 塑限/% 塑性指数/% 缩限/% ＜2μm 胶粒含量/%自由膨胀率/%无荷膨胀量/%50Kpa的膨胀量/%灰白色膨胀土 2.67 65.5 33.5 32 18.1 54 56 27.5 4.9(2)石灰试验用石灰为当地农民烧制的生石灰,然后在室内粉碎过1 mm筛后密封待用,生石灰的有效氧化钙和氧化镁含量检验结果见表2.表2 石灰试验分析结果名称产地 CaO+MgO含量(%)CaO含量(%) 等级生石灰宁明 75.3 72.5 钙质Ⅲ级生石灰1.2 试验方案设计试验方法参考《公路土工试验规程》(JTJ051-93)[9]和《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[10](JTJ057-94),石灰掺量按 3%、5%、7%和9%设计,各项试验的具体要求分述如下:1.2.1 CBR试验为了模拟工地实际情况,风干土料打碎后过20 mm筛,配料时将掺不同石灰剂量的混合料配制成预计的含水量,拌和均匀,密封闷料24 h.采用电动击实仪和电动脱模,这样击实功较为均匀一致.按照重型击实标准,击实筒体积为2177 cm3,分3层击实,击实后密封养生 7天浸水 4天测其膨胀量和CBR贯入量.为保证试验结果的可靠性,每组试验做3个平行试件,在进行数据处理时,根据3个平行试验结果计算的承载比变异系数CV大小取值.试验方案考虑了不同密实度、不同石灰掺量和不同含水量对CBR试验结果的影响.1.2.2 直剪试验因直剪试验所用环刀试样较小,制样时将风干灰白色膨胀土过5 mm筛,然后掺入预定剂量的生石灰粉并拌匀,考虑到生石灰粉吸水熟化将使混合料的含水量降低2%～3%,计算掺水量时按比最佳含水量高6%～8%配制灰土混合料,将灰土混合料密封24 h让石灰与土充分反应.静压制样时,把击实试验的人工脱模仪改装成简易反力框架,用液压千斤顶在击实试验的大试筒内静压成型.等静压试件密封养护7天后,用内径61.8 mm高20 mm的环刀取样,并立即放入真空抽气饱和容器中进行抽气饱和,饱和时间不少于12 h,饱和度达到95%以上.饱和完毕后取出试件放在应变式手摇直剪仪上进行不同荷载下固结,剪切速度为0.8 mm/min.1.2.3 三轴剪切试验配料及制样同直剪试验,静压制样尺寸为φ50 mm×100 mm.该试验采用的仪器为英国GDS公司的非饱和土三轴试验系统.与直剪试验的固结快剪相对应,三轴剪切试验采用固结不排水剪切.试验剪切过程分三级,第一、二级以5%的应变视为破坏,最后一级使之完全破坏形成剪切面.每级剪切速率为0.5 mm/min.1.2.4 无侧限抗压强度试验试件采用直径和高度为5 cm的圆柱体.备料同直剪试验.制件时采用千斤顶静压成型,然后放到脱模器上将试件顶出并将试件用塑料袋密封放入恒温恒湿箱进行养护.待试样浸水24 h后取出擦去表面可见水,采用路强仪进行试压.一般情况下每种改良土无侧限抗压强度值取3块试件的平均值,当某个试样的测量值与平均值偏差较大且超过±12%时 ,则该试样的测量值无效,按余下试样的平均值取值,如1组余下试样不足2个,则该组试验须重做.2 试验结果分析2.1 CBR试验结果CBR又称加州承载比,是 California Bearing Ratio的缩写,由美国加利福尼亚州公路局首先提出来.在国外多采用CBR作为路面材料和路基土的设计参数.我国公路路基设计规范也采用了CBR指标来评价路基填料的强度性能.目前在高速公路的修建中该指标也被广泛使用.图1～图3分别列出了不同石灰掺量、不同击实功和不同含水量对CBR值的影响.2.1.1 石灰掺量对CBR的影响从图1可以发现,随着掺灰量的增加,CBR随之增加,掺灰3%就可以达到规范对路基填料强度的要求.因此,膨胀土经石灰改性后能大幅度地提高其强度,掺灰5%对各指标的影响是最大的,特别是CBR值由素土的1.4%增加到47.9%,超过5%后CBR的增长较小,过多的石灰并不利于改良土强度的增长.2.1.2 击实功对CBR的影响为了研究击实功对CBR值的影响,按掺灰剂量5%和最佳含水量配料,以击实次数30、50、70和98进行击实.从图2中可以发现,CBR值并不随着击实次数的增加而无限制增大,当击实次数为70时,CBR值最大.随着击实功的逐渐增加,土颗粒的间距减少,击实土的密实度增大导致浸水后的渗透性降低,因此强度增大.但当击实功增加到一定程度后,由于浸水膨胀的只是表层土,表层土的密实度增加反而会导致膨胀势的增大,CBR值也有所降低.对于填筑石灰改良膨胀土路基并不是压实度越大越好,施工时可以考虑降低压实标准以改善路用性质.2.1.3 含水量对CBR的影响考虑到现场施工土料含水量实际情况,配制混合料的含水量分别为9%、11.2%,13.5%、14.5%、17.9%、19.1%和22.4%,石灰剂量为 5%.从图3可以看出,当含水量较低时,CBR值随着混合料含水量的增加而增大,含水量增大到19.1%时CBR值达到最大,含水量再增大时CBR值就开始降低了,对现场土质调查表明,原状膨胀土的天然含水量在30%～35%之间,由于膨胀土的粘性较大导致很难把大块湿土打碎,所以掺灰处理膨胀土的晾晒工作量较大,而且已有试验结果表明,掺生石灰5%可以降低原状膨胀土含水量2%～3%左右,如果控制填料施工含水量大于最佳含水量3%～5%,现场的晾晒工作量就会大大减少,路基的强度也得到了保证.2.2 抗剪强度试验结果土的抗剪强度参数(粘聚力C和内摩擦角φ)是评价路堤稳定性的一个重要指标,由于饱和土力学在长期的工程实践中获得了广泛的应用和成功,此次抗剪试强度试验都采用饱和土力学指标.不同掺灰率对粘聚力C和内摩擦角φ的影响见图4和图5. 直剪试验的抗剪强度指标随掺灰率的变化波动较大,在膨胀土中掺灰后粘性降低,粘结力在掺灰率为3%时降到最小,当掺灰率继续增大时,粘结力反而增加,导致7%石灰土的粘结力最大,9%石灰土又有所减少.内摩擦角的变化规律与粘结力不一样,随着掺灰率的增加,内摩擦角总的趋势是增大的,虽然7%石灰土要比5%石灰土小.膨胀土的内摩擦角较小,掺灰后增幅达到了300%～500%,这是由于改良土中的粗颗粒成分增多,导致内摩擦角增大.三轴剪切试验土样的受力状态与路堤边坡土的实际受力状态比较接近,所以它的试验指标更易于在路堤边坡稳定性验算中被采用.在膨胀土中掺入石灰后,随着掺灰率的增加,总应力抗剪强度指标和有效应力抗剪强度指标都相应增大,当掺灰率灰9%时,内摩擦角和粘结力都增加了约100%,说明石灰改良土的强度有了较大程度的提高.2.3 无侧限抗压强度试验结果无侧限抗压强度是评价路基土及路面基层材料强度的一个重要指标,本试验除探讨不同掺灰率对无侧限抗压强度的影响,还考虑了养生龄期的影响.改良土的无侧限抗压强度试验结果见表3.2.3.1 掺灰率对改良土无侧限抗压强度的影响除了养护7d和14d的3%改良土以及养护7d的5%改良土崩解外,其它改良土试件均得到了无侧限抗压强度,其掺灰率与无侧限抗压强度之间的关系见图6.表3 不同掺灰率改良土的无侧限抗压强度/MPa养生时间/d 试件编号掺灰率/%0 3 5 7 9 7 14 28 1#2#3#1#2#3#1#2#3#崩解崩解崩解0.4682 0.4773 0.4641崩解0.6961 0.6762 0.6835 0.7028 0.7293 0.7558 0.3447 0.5065 0.411 0.4641 0.358 0.4815 0.4641 0.4774 0.4763 0.5967 0.4508 0.5304 0.6854 0.5569 0.5834 0.6762 0.6762 0.6188由图6可见,养生28d的全部改良土试件均没有出现崩解,曲线完整,其无侧限抗压强度在掺灰5%时出现峰值,掺灰率超过5%时,强度随掺灰率增大反而稍有减小,养护14d的改良土试件掺灰率超过5%后无侧限抗压强度也有所降低,这说明过多的掺灰并不能明显提高改良土的强度,这是由于石灰土混合料中存在两种相反的作用:一种作用是使土颗粒连接起来,主要包括石灰与土发生的离子交换作用、结晶作用、火山灰反应和碳酸化反应,促使混合料强度增加稳定性提高;另一种作用是由于石灰土还存在一部分未参加反应的消石灰,它会削弱土颗粒之间的连接;当掺灰率较小时,混合料中残留的消石灰很少,增加的掺灰量主要加强土颗粒之间的连接,这种连接作用超过消石灰的消弱作用,所以石灰改良土的强度随掺灰率的增加而增大;当掺灰量较大时,混合料中残留的消石灰越来越多,它产生的削弱作用超过石灰加强土颗粒之间连接作用,因此改良土的强度随掺灰量的增加而减小.2.3.2 龄期对改良土无侧限抗压强度的影响不同掺灰率改良土的无侧限抗压强度试件分别养生7d、14d、和28d,其强度与龄期的关系如图7所示.由图7可知,掺灰3%的改良土只有养生28d的试件进行了试压,掺灰5%的改良土有养生14d和28d的试件进行了试压,掺灰7%和9%的改良土试验曲线完整,而且在这段时间内无侧限抗压强度是随时间延续线性增大的,采用直线进行拟合,相关性系数R均大于0.999,线性相关性非常好,当然,如果试验周期继续延长,这种线性关系可能不会延续下去,试件的强度会慢慢趋向一稳定值.而且,掺灰7%改良土的无侧限抗压强度随时间的增长速率比9%改良土大,这进一步说明改良土中过多的石灰并没有全部参与反应,对改善膨胀土强度和稳定性并没有明显的作用.综合前面所述,为得到有效的无侧限抗压强度,石灰改良膨胀土无侧限抗压强度试件室内标准养护时间应由7d改为28d.3 结论(1)石灰改良膨胀土CBR值随掺灰量、击实功和含水量增加而增大,但当掺灰率超过5%、击实功超过70次之后 CBR值增加不明显,且含水量为19.1%的CBR值最大.这说明适当增加掺灰量和压实度有利于提高石灰改良膨胀土路堤的强度,对应于CBR最大值存在一最佳含水量;(2)改良土直剪试验的C和φ随掺灰率增加的变化规律不明显,可能是由于直剪试样尺寸太小导致试验结果误差较大;当增大掺灰剂量时,三轴剪切的C和φ都随之增大,三轴试验的试件剪切破坏更接近于路堤破坏的真实受力状态.(3)改良土无侧限抗压强度试验表明,除掺灰9%养生7d的试件没有浸水崩解,其它养生7d的改良土试件都浸水崩解,养生28d的不同掺灰率的改良土无侧抗压强度在掺灰5%时达到最大值;养生龄期对石灰改良土的强度形成影响较大,在养护初期无侧限抗压强度随掺灰率增加而线性增大,石灰改良膨胀土无侧限抗压强的试件养护28d较为合适.(4)上述三种强度指标都是浸水饱和后进行测试的,CBR和抗剪强度是试样在有侧限条件下加载破坏,CBR试验实质上也是剪切破坏,只有无侧限抗压强度是在无侧限条件下的抗压破坏,实验加载条件和破坏模式不一样会导致试验结果规律性的差异,而且CBR试验的试件尺寸最大更能模拟路基真实受力状态.参考文献【相关文献】[1]王世松.膨胀土地基建筑物破坏的因素及防治措施[J].铁道建筑技术,1992,(4):33-38.[2]郑柯,魏中华,翁剑成.路基膨胀土特性及其对路面破坏的影响分析[J].北京工业大学学报,2002,28(4):444-447.[3]杨和平,李宇峙,李惠远.膨胀土公路路基病害及破坏原因分析[J].中南公路工程,1995,72(1):15-17.[4]余湘娟,王媛.掺石灰处理膨胀土路基填料的试验研究[J].华东公路,1999,117(2):46-50.[5]商庆森,谢新柱.曲菏高速公路膨胀土地基与路基处治技术研究[J].公路交通科技,2003,20(1):10-14.[6]陈新民,罗国煜,李生林.生石灰改良膨胀土的试验研究[J].水文地质工程地质,1997,24,(6):41-44.[7]王文生,谢永利,梁军林.膨胀土路堑边坡的破坏型式和稳定性[J].长安大学学报,2005,25(1):21-24.[8]舒福华.襄樊膨胀土的抗剪强度研究[J].土工基础,1996,10(4):33-35.[9]交通部公路科学研究所.公路土工试验规程[M].北京:人民交通出版社,l993.[10]交通部公路科学研究所.公路工程无机结合料稳定材料试验规程[M].北京:人民交通出版社,l994.。

不同水泥掺量对膨胀土的特性影响的试验研究作者：纪安康曹广勇李永彪丁三宝笪伟来源：《赤峰学院学报·自然科学版》2019年第10期摘要：为研究膨胀土在不同水泥掺量情况下各种特性，本文以合肥地区膨胀土为例，采用控制变量进行多组试验的方式，比较不同普通矿渣硅酸盐水泥掺量下，膨胀土的液塑限、自由膨脹率以及抗剪强度特性的变化特征，并绘制变化特征曲线.实验结果表明：随着水泥掺量的增加，膨胀土的液限逐渐降低了8.8%，而塑限逐渐升高了25.3%;膨胀土的自由膨胀率显著下降了20%;膨胀土的抗剪强度逐渐增加.研究表明，在工程实践中，通过掺入水泥对提高边坡和路基工程的稳定性有重要的意义.关键词：膨胀土;抗剪强度;水泥掺量;液塑限;自由膨胀率中图分类号：TU443; 文献标识码：A; 文章编号：1673-260X（2019）10-0088-03膨胀土具有吸水膨胀失水收缩的性质，其各项特性如液塑限、自由膨胀率及抗剪强度等都在一定程度上影响着路基及其他建筑的安全.锁文韬[1]以南阳膨胀土为研究对象，提出膨胀土的抗剪强度随着石灰掺量的增加而增加;谢长征[2]提出，干密度、含水率、石灰掺量、养护时间均影响石灰改良膨胀土剪切强度，其中，干密度、含水率、养护时间主要影响黏聚力，石灰掺量主要影响内摩擦角;Jack Byers[3]提出，当水泥掺量增加时，液限降低而塑限增加，其自由膨胀率也随之增加.宋亚提出[4]，经过掺石灰改性后的合肥膨胀土，最佳含水率大幅度提高，并提高了土体的抗压强度，满足路基强度要求.张永生提出[5]：液限指数随掺灰率的増大均呈下降趋势，塑限随掺灰率的增大呈增大趋势.掺入石灰后其自由膨胀率会下降.合肥地区掺石灰膨胀土的粘聚力和内摩擦角随着掺灰率的增大而增大.蒋晓庆提出[6]：随着掺灰率的增加，膨胀土的最大干密度逐渐降低.水泥通过团粒作用、离子交换作用、凝结反应和碳酸反应从而改变膨胀土的特性.如：当水泥掺量增加时，液限降低而塑限增加，其自由膨胀率也随之增加，粘聚力和内摩擦角也增加等.国内外很多学者在采用胶凝材料对膨胀土进行改性的研究大多采用石灰进行改性研究.而相对于石灰，水泥同石灰的价格差不多的基础上，具有易储存、易运输的优点.同时相对于石灰改性土，水泥改性土具有更好的剪切性能、塑限、自由膨胀率.所以在工程实践中，通过掺入水泥对提高边坡和路基工程的稳定性有重要的意义.1 膨胀土试样的基本性质试验采用膨胀土试样取自安徽合肥蜀山区，主要成分是高岭石和蒙脱石等矿物质，且内部含少量钙质等成分，土的外表面呈现棕褐色（如图1），试验所需膨胀土试样的基本力学性质如表1所示.试验用普通矿渣硅酸盐水泥，标号为GB175-2007[7].为保证实验数据具有参考性，在对膨胀土进行液塑限、自由膨胀率以及抗剪强度等试验时所确定使用的基本物理指标来源于《公路土工试验规程》[6].膨胀土的基本力学参数如表1所示，膨胀土的基本性质如表2所示.2 不同水泥掺量对膨胀土液塑限影响研究2.1 试样制备及方法（1）取适量原状膨胀土放入烘干箱（如图2）烘干12h后取出冷却，放入磨矿功指数球磨机（如图3）中粉碎1h后过0.5mm的筛.因为水泥通过团粒作用和凝结作用可以改变膨胀土的特性，若土颗粒小于0.5mm，掺入水泥会产生较多大颗粒，影响实验结果.（2）取出五份200g筛出后的土样分别掺入0%，1%，2%，3%，4%的水泥并搅拌均匀，用保鲜膜密封后放入养护箱中养护7d后进行液塑限试验.2.2 试验结果分析实验结果如图4所示，从曲线图中可以看出，水泥掺量逐渐增加时，膨胀土的塑限随之增加，而液限指数逐渐下降，具体体现为：（1）当水泥掺量在0%也即为素土时，膨胀土的液塑限分别为51.7%和26.1%;（2）当水泥掺量提升至4%时，其液塑限变化为47.2%和32.1%，相比较素土，液限下降了8.8%，塑限上升了25.3%.（3）试验结果表明，土的塑性指数与水泥掺量之间的关系成反比.3 不同水泥掺量对膨胀土自由膨胀率影响研究3.1 试样制备及方法（1）取冷却后的膨胀土分别掺入0%，1%，2%，3%，4%的水泥配置成试样后密封放入养护箱中养护7d后进行试验.（2）在自由膨胀率实验中，严格控制在10s内大约完成10次的搅拌，搅拌过程充分以后再向其中加水到50ml的刻度处，然后静置24h以后测试膨胀率[8].3.2 试验结果分析由图5可知，随着水泥掺量的增加，自由膨胀率呈现稳步下降的趋势.具体表现为：（1）当水泥掺量在0%也即为素土时，其自由膨胀率为52%.（2）当水泥掺量为1%时，自由膨胀率为48%.（3）当水泥掺量为2%时，自由膨胀率为42%.（4）当水泥掺量为3%时，自由膨胀率为38%.（5）当水泥掺量为4%时，自由膨胀率为32%.（6）根据膨胀土规范，自由膨胀率的临界值为40%.随着水泥产量的增加，膨胀土的自由膨胀率低于40%，表明随着掺量的增加，水泥抑制膨胀性的效果越好.4 不同水泥掺量对膨胀土抗剪强度影响研究4.1 试样制备及方法进行膨胀土抗剪强度试验过程中各方法及步骤均需参照《公路土工试验规范》进行.（1）取原状土烘干12h后放入磨矿功指数球磨机中粉碎1h，取出碎土过0.3mm筛得到重塑膨胀土粉末.（2）用该粉末配制含水率为16.3%，掺灰比分别为0%，1%，2%，3%，4%的试样，每组需要5个试样.（3）试样压制完成后需放入恒温养护箱养护7d后进行直剪试验.每组取4个试样进行100kPa、200kPa、300kPa、400kPa竖向正应力下的剪切试验，另一预留样进行饱和试验[7].4.1.1 压制试样将配制好含水率与掺灰比的膨胀土混合料放入模具中进行液压压实，为保证压实密度且土体不分层，压样应分四次以上压实且每次压实后将表面刮粗糙，使上下层土充分接触.每次将混合料铺至与环刀口平齐，盖上环刀盖进行压实，如此重复直至环刀盖无法进入环刀，代表试样压制成功.压制过程如图6所示.4.1.2 剪切试验进行直剪试验采用如图7所示的全自动残余强度试验仪，已经配制的每组四个试样分别控制在100kPa、200kPa、300kPa、400kPa的竖向正应力，0.8 mm/min的快剪速率.实验前应首先启动设备排尽连接水管中气泡、体变仪中气泡以及剪切盒下盒底槽气泡，将陶土板饱和后进行装样后密封试验仪，然后开启控制器输入每个试样的含水率、饱和度、初始密度及干密度等基本参数.试验分为数值采集阶段、竖向压力固结阶段及剪切阶段三个阶段.4.2 试验结果分析将五组试样分别进行试验后所得出20组实验数据，通过摩尔-库伦公式，计算得出不同掺灰比下膨胀土的抗剪强度，并根据公式？子f=？滓·tan？渍+c计算粘聚力与内摩擦角.所得数据如表3所示，并绘制水泥掺量与抗剪强度的关系曲线如8所示.由图4-3可知，控制竖向正应力与不变时，膨胀土的掺灰比越大，抗剪强度越大.具体表现为：（1）同为100kpa正压力下，当掺灰比为1%时，其抗剪强度为136kpa，掺灰比为4%时，抗剪强度为195kpa.（2）掺灰比从3%增加到4%时，其抗剪强度变化幅度最大.（3）竖向正应力从300kPa增加到400kPa时，其抗剪强度变化幅度最大.5 结论文中详细介绍了不同水泥掺量对膨胀土的各项特性的影响情况，并通过三组试验对膨胀土的液塑限、自由膨胀率、抗剪强度三种特性进行分析研究，并得出相关结论如下：（1）随着水泥掺量的增加，膨胀土的液限随之减小而塑限随之增加，且塑限增加的幅度略大于液限降低的幅度.（2）随着水泥掺量的增加，膨胀土的自由膨胀率逐渐减小，且随着水泥掺量的增加，自由膨胀率的降低幅度在增加.（3）水泥掺量与膨胀土抗剪强度成正比，随着掺量的增加抗剪强度的增长幅度越来越大.（4）当同一水泥掺量时，竖向正应力的增大会使膨胀土的抗剪强度增大且增大幅度不断增加.参考文献：〔1〕锁文韬，李新明，孙玉周.石灰改良南阳膨胀土的强度特征与微观机理研究[J].路基工程，2018，200（05）：37-41+71.〔2〕谢长征，吴巍，等.石灰改良膨胀土强度影响因素研究[J].路基工程，2017（2）：106-109.〔3〕Jack Byers. Treatment of Expansive Clay Canal Lining[J]. Proceeding of the 4th International Conference on Expansive Soils.1980.〔4〕宋亞.合肥地区膨胀土的石灰改良试验研究[D].合肥工业大学，2009.〔5〕张永生.合肥市膨胀土的综合研究[D].2015.〔6〕蒋晓庆.合肥地区膨胀土基本力学特性试验研究[D].安徽建筑工业学院，2010.〔7〕D.N.Kulkarni and N.R.Sawaleshwarkar. Expansive Soils in Canals;Puma project—A Case Study[J]. Proceeding of the 6th; International Conference on Expansive Soils，1987.〔8〕蒋晓庆，丁三宝，黄益顺，等.初始含水率与竖向应力对弱膨胀土残余强度的影响[J].中国地质灾害与防治学报，2018，29（06）：148-155.〔9〕李永彪，丁三宝，沈慧，et al.水泥掺量对改良膨胀土抗剪强度的影响[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2018，36（04）：16-18.〔10〕余颂，陈善雄.膨胀土的自由膨胀比分级标准研究[J].西部探矿工程，2019，31（04）：7-9.。

浅谈膨胀土水泥改性处理试验及施工质量控制浅谈膨胀土水泥改性处理试验及施工质量控制摘要：膨胀土因其固有的特殊性质，被工程界称为“问题土”或“癌症土”，一旦处理不当，会对工程带来极大的危害。

文章通过掺加不同剂量的水泥对膨胀土进行改良，根据室内试验，总结出不同水泥掺量时改性后的水泥土的自由膨胀率、最大干密度、最优含水率、28d无侧限抗压强度等重要指标的变化规律。

同时，根据室内试验总结的经验，结合现场施工条件，从每道工序采取有效的预防及控制措施，确保水泥改性土施工质量，积累膨胀土处理施工经验。

关键词：膨胀土改性试验质量控制1前言南水北调中线工程总干渠涉及膨胀土的渠段达400km，膨胀土是一种具有特殊性质的土, 主要的工程地质特性表现为: 胀缩性、裂隙性和超固结特性。

膨胀土吸水时体积扩胀, 失水时体积收缩, 反复胀缩的结果使得土体结构发生破坏,力学强度随之降低。

膨胀土因其特殊的工程特性, 对工程的危害较大。

一般对膨胀土地基的处理都采用换填的处理措施，其中水泥改性土在水利工程中应用较少, 可供借鉴的工程实例也较少。

因此，对膨胀土进行水泥掺量相关试验分析，摸索水泥改性膨胀土的相关控制参数，用于指导施工，同时积累膨胀土处理的施工经验。

2膨胀土胀缩原理及等级划分膨胀土是由于粘土矿物颗粒的表面特性和水分子的极性，膨胀土与水分子相互作用时，在颗粒周围形成水膜将颗粒推开，扩大颗粒间距离使土的体积膨胀。

膨胀土是一种含一定数量亲水矿物质（蒙脱石、伊利石、高岭石或混层结构）且随着环境的干湿循环变化而具有显著的干燥收缩、吸水膨胀和强度衰减的粘性土，有的裂隙很发育，且液限和塑性指数较大，压缩性偏低，在天然含水量状态下较坚硬，一般具有超固结性。

在地层分布上一般属于上第三系河湖相砂砾岩、砂岩和第四系中更新统冲洪积分支粘土，在结构上夹层多，上层滞水明显，开挖后易产生卸荷失稳。

因此，膨胀土渠坡开挖完成后若不及时进行有效的保护，长期暴露则容易产生坍塌、滑坡等严重质量事故。

文章编号:0451-0712(2008)06-0164-04 中图分类号:TU443 文献标识码:B石灰、水泥、粉煤灰改良膨胀土对比试验陈　涛1,2,顾强康3,郭院成1(11郑州大学土木工程学院　郑州市　450002;21中国人民解放军空军94353部队　商丘市　476100;31空军工程大学工程学院　西安市　450000)摘　要:通过对广州绕城高速公路某施工段膨胀土路基填料的改良试验,对比分析了掺加生石灰、水泥、粉煤灰改良对膨胀土试样胀缩性能的影响,从适用性和经济性角度看用生石灰改良效果最好。

确定了施工时,中、高膨胀土的最佳掺灰率为6%,膨胀土经改良处理后可作为高速公路的路基填料。

关键词:膨胀土;石灰;水泥;粉煤灰;改良;试验 膨胀土主要由强亲水性粘土矿物蒙脱石和伊利石组成,是具有膨胀结构、多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘性土。

我国膨胀土地区分布比较广泛,在高等级公路建设中会遇到大量的膨胀土问题,若不进行有效处理,会产生很多膨胀土病害,主要表现在:路基的湿胀干缩变形导致路面开裂,使柔性路面凹凸不平和翻浆冒泥,因裂缝渗水导致强度下降而引起路堑和路堤坍塌、滑坡、纵裂和沉陷等。

上述破坏具有多次反复性特征,给公路建设带来极大危害。

由于很多公路建设沿线膨胀土广泛分布,加上土地资源匮乏,工程上只得利用不良的膨胀土源作为填料来填筑路基。

因此,往往对膨胀土进行筛选:弱膨胀土用控制含水量和干密度的方法直接填筑;对一些中、高级膨胀土,为了使作为路基填料的膨胀土满足稳定和变形两方面的要求,需对其改良后方可作为路基填料。

目前对膨胀土化学改良的常见方法是通过掺石灰、水泥、粉煤灰等来稳定膨胀土,国内外许多学者对其进行了研究[1～6],但对其改良效果对比试验研究较少。

本文以广州绕城高速公路某施工段膨胀土路基填料改良处理为例,在室内分别进行了掺石灰、水泥、粉煤灰改性处理对比试验,对不同掺合料的处理效果和适用性进行了研究。

石灰对云南膨胀土力学特性影响的试验研究董红艳;代启亮;李玉华;王宝龙;高贵全;雷腾云【摘要】选取云南省典型的湖相沉积型膨胀土土样,以石灰为改良剂对其进行化学改良,并对改良的膨胀土进行三轴剪切试验,结果表明,石灰改性土中石灰的最优掺量为5.5％,为工程实践中膨胀土改良提供了一定的依据.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)020【总页数】3页(P58-60)【关键词】膨胀土;石灰;三轴剪切试验;掺灰比【作者】董红艳;代启亮;李玉华;王宝龙;高贵全;雷腾云【作者单位】云南农业大学水利学院,云南昆明650201;云南农业大学水利学院,云南昆明650201;中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京102600;黑龙江和信勘测设计有限公司,黑龙江哈尔滨150000;云南农业大学教务处,云南昆明650201;云南农业大学水利学院,云南昆明650201【正文语种】中文【中图分类】TU411.3膨胀土是一种主要由强亲水性粘土矿物成分(蒙脱石和伊利石)组成的，具有膨胀结构以及多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘性土，也是典型的非饱和土。

统计分析得出云南省膨胀土以湖相沉积型为主，因此本次研究选取典型的湖相沉积型膨胀土土样，以期研究结果更具代表性和实用性。

石灰的掺入量和改性土的强度为非线性关系[1-3]，因此需要确定膨胀土的最优掺灰量，才能使改性效果最理想。

研究表明，改性土达到最大pH值的石灰用量为最优掺量[4]。

本文石灰掺入剂量分别为0%，3%，5%，7%和9%，通过三轴剪切试验，以确定石灰改性土中石灰的最优掺量。

为了使研究更具代表性和说服力，本次研究选取两个典型的湖相沉积型膨胀土分布区进行取样。

土样分别取自曲靖市沾益县水务局附近和昆明市昆曲高速路口附近，将沾益县水务局附近的土样记为1号土样，昆明市昆曲高速路口附近的土样记为2号土样。

其中，取1号土样时正值下雨，挖深至地下3 m取土，取出的膨胀土呈块状，灰白色，土质细腻，粘性很大，铲出时十分费力，手摸上去有明显的滑腻感，多裂隙；2号土样颜色呈灰白，呈硬塑状态，强度较高，浸水后迅速软化、崩解，强度大大降低，两种土样均属湖相沉积型。

水泥掺量对改良膨胀土抗剪强度的影响李永彪;丁三宝;沈慧;蒋晓庆【摘要】以合肥蜀山区、包河区、庐阳区以及瑶海区的膨胀土为研究对象,采用水泥含量对膨胀土进行改良,水泥掺量分别为1%至4%,并设置一组不掺水泥的同条件膨胀土作为对比.在养护7d条件下,进行直剪试验,研究水泥掺量对改良膨胀土抗剪强度、内摩擦角以及粘聚力的影响.研究表明:水泥能有效地抑制膨胀土的膨胀性,并且随着水泥掺量在一定程度内的提高,改性膨胀土的抗剪强度进一步得到提高;随着水泥掺量的增加,内摩擦角首先呈现逐渐增大的趋势,随后逐渐变缓直至稳定;膨胀土的粘聚力也会随着水泥的增加而增加.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(036)004【总页数】3页(P504-506)【关键词】膨胀土;石灰含量;抗剪强度;内摩擦角;粘聚力【作者】李永彪;丁三宝;沈慧;蒋晓庆【作者单位】安徽建筑大学土木工程学院,安徽合肥230601;安徽建筑大学土木工程学院,安徽合肥230601;安徽建筑大学土木工程学院,安徽合肥230601;安徽广播电视大学开放教育学院,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】TU4430 引言膨胀土具有明显的吸水膨胀、失水收缩的性质，导致其在工程中可能会出现不均匀沉降持续时间长[1～4]，沉降幅度大等危害，会直接导致路基更容易发生坍塌、滑坡和变形等危害，给公路建设和人身安全造成极大破坏，给社会带来极大损失。

试验通过控制变量的方式，在其他条件一致的情况下，研究膨胀土在不同水泥掺量时抗剪强度的变化趋势，进而通过试验数据分析膨胀土达到最佳抗剪强度时水泥的掺量。

膨胀土的抗剪强度的影响因素一直是国内外学者热衷于研究的课题，在试验之前，已经有大量的学者对该课题进行了不同类型、不同角度的研究，给试验提供了充足的理论依据和研究支撑。

A.W.Bishop[5]在研究膨胀土的抗剪强度时提出，在影响膨胀土抗剪强度各因素中，水泥掺量对膨胀土抗剪强度的影响最大，且梁勇[6]以湖北省宜昌市某一级公路改建工程为研究对象，对不同石灰掺量的膨胀土进行剪切试验，得出水泥掺量的增加能提高膨胀土抗剪强度，并能提高膨胀土的内摩擦角、粘聚力的结论。

广东建材2021年第4期石灰石粉掺量对水泥性能的影响丁向群李文婷赵丽佳（沈阳建筑大学材料科学与工程学院）【摘要】为了研究石灰石粉掺量对水泥性能的影响，测试0%、5%、10%、20%、35%掺量的石灰石粉对水泥胶砂3d、7d、28d 的抗压强度、抗折强度及收缩率变化情况，利用X 射线衍射分析的方法分析了水泥浆体水化产物的变化情况。

研究表明，随着石灰石粉掺量的增加，水泥砂浆的抗压强度、抗折强度及干燥收缩率均先增加后减少。

掺量为10%时，水泥砂浆抗压强度、抗折强度及干燥收缩率最高。

石灰石粉能够促进水泥的早期水化，不利于后期水化。

【关键词】石灰石粉；凝结时间；抗压强度；收缩率0引言石灰石粉具有分布广、资源丰富、易于获取等优点。

石灰石粉一方面不仅能有效提高水泥砂浆的抗压强度，提高其密实性。

另一方面，掺入适量的石灰石粉取代部分水泥，能充分发挥石灰石粉的最大利用率，水泥用量减少，节约资源和成本，保护生态环境[1-2]。

现有研究表明，采用一定掺量的石灰石粉，能够提高水泥胶砂强度，但掺量过多时对水泥强度的提升有不利影响[3]。

本实验通过测试掺入石灰石粉后水泥凝结时间、收缩率及水化产物的变化，得出掺入石灰石粉后水泥强度的变化机理，确定石灰石粉的合理掺量。

通过试验研究了石灰石粉的掺量为0%、5%、10%、20%、35%时取代水泥，对水泥的凝结时间、胶砂强度、收缩性能、水化性能等的影响规律，采用XRD 对试验结果进行分析论证，研究石灰石粉对水泥水化产物及水化进程的影响。

1试验过程1.1原材料⑴水泥：本实验采用沈阳山水工源水泥厂生产的普通硅酸盐水泥P.O42.5。

⑵石灰石粉：由5～15mm 碎石灰石磨36min 并通过80μm 筛得到的石灰石粉。

⑶砂：河砂（中砂），细度模数为2.5。

⑷水：自来水，试验过程中保持水温在（20±2）℃。

⑸改性剂：二乙醇单异丙醇胺，由辽宁天宝华瑞建材有限公司提供。

1.2试验方法凝结时间测试：按照GB/T1346-2001《水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法》测水泥浆体凝结时间。

石灰土填料抗剪强度试验研究
孙希望
【期刊名称】《湖南城市学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(020)001
【摘要】模拟石灰土在工程中的应力状态,利用静三轴CU试验研究了石灰土的应力-应变关系及强度特性,探讨了在不同石灰掺入比的情况下石灰土抗剪强度指标的变化规律,分析了素土和石灰土的变形破坏模式;采用扫描电镜(SEM)照片及能谱分析(EDS)研究了掺灰比不同的石灰改良土的微观结构和矿物构成,并结合三轴实验结果,从微观结构上研究了石灰改良土的加固机理.试验结果表明:石灰土强度随石灰掺量增加而提高,当石灰掺入比大于4%时,石灰土的强度和抵抗变形的能力较素土有显著的增强,可以用解释加筋土加固机理的准粘聚力原理来解释石灰改良土的加固机理.研究结果对于深入认识石灰土的加固机理和现场施工合理选择石灰掺入比具有指导意义.
【总页数】6页(P13-18)
【作者】孙希望
【作者单位】中铁二院,昆明勘察设计研究院有限责任公司,昆明,650011
【正文语种】中文
【中图分类】TU521.3
【相关文献】
1.砂性土填料抗剪强度指标的试验研究 [J], 张淑宝
2.粗颗粒回填料抗剪强度试验研究 [J], 田春雨
3.粗颗粒回填料抗剪强度试验研究 [J], 田春雨;
4.玻璃纤维加筋石灰土抗剪强度试验研究 [J], 虢曙安
5.花岗岩风化层填料抗剪强度特性试验研究 [J], 曾庆有
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初始含水率和改良材料掺量对膨胀土抗剪强度的影响杨俊;童磊;张国栋;唐云伟;陈红萍【摘要】为研究不同初始含水率和不同改良材料掺量对膨胀土抗剪强度指标的影响，分别在膨胀土中掺入水泥、石灰、粉煤灰、风化砂进行膨胀土的化学改良，通过改变4种改良材料的掺量及调整膨胀土的初始含水率，进行室内直剪试验。

试验结果表明：掺水泥、石灰和粉煤灰能显著提高膨胀土的黏聚力，掺水泥提高黏聚力的幅度最大，其次是掺石灰和粉煤灰，掺风化砂会使膨胀土的黏聚力下降；掺水泥、石灰、粉煤灰和风化砂均能提高膨胀土的内摩擦角，其中掺水泥提高内摩擦角的幅度最大，其次是风化砂。

4种材料均可用作膨胀土的改良材料，不同初始含水率及不同改良材料掺量对膨胀土抗剪强度指标的影响十分显著。

%To investigate the effect of initial moisture content and improved material amount on shear strength of expansive soil, indoor direct shear test have been done for improved expansive soil respectively mixed with cement, lime, fly ash, and weathered sand, with different improved materials amounts and different initial moisture contents. Tests results show that, soil mixed with cement, lime and fly ash can significantly improve the expansive soil cohesion, with cement having the best improvement effect, followed by lime and fly ash, while soil mixed with weathered sand causes a decline in soil cohesion;soil mixed with cement, lime, fly ash and weathered sand could improve the internal friction angle of expansive soil, and soil mixed with cement improves the internal friction angle most obviously, followed by weathered sand. All the above four materials can be regarded as modified materials for expansive soil, and the effects of different initialmoisture contents on shear strength and internal friction angle of improved expansive soil are very significant.【期刊名称】《水利水电科技进展》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】6页(P39-43,49)【关键词】膨胀土;抗剪强度;初始含水率;石灰;水泥;粉煤灰;风化砂【作者】杨俊;童磊;张国栋;唐云伟;陈红萍【作者单位】三峡大学三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北宜昌 443002; 三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 443002;三峡大学三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北宜昌 443002; 三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 443002;三峡大学三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北宜昌 443002; 三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌 443002;宜昌市交通运输局，湖北宜昌 443002;宜昌市公路管理局，湖北宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TU411.3膨胀土在我国分布范围较广,是一种由强亲水性矿物——伊利石和蒙脱石组成的高液限黏土,具有超固结性、多裂隙性和显著的胀缩特性。

石灰改良膨胀土室内试验研究文中笔者主要通过对采取的代表性弱膨胀土和中等膨胀土试样进行石灰改良前后的室内试验研究，得到膨胀土改良前后的土性变化规律，试验研究结果表明膨胀土填料经石灰改良后，其粘粉粒含量减小、塑性指数降低、胀缩性降低、力学强度提高、压缩性减小、水理性增强，填料的工程性质大大改善，可用于高速铁路路基填筑。

标签：石灰改良;工程性质;膨胀土一、前言膨胀土在天然含水率下常处于较硬状态，压缩性较低，易被工程技术人员所忽视。

随着我国高等级公路的迅速发展，公路通过不良地质条件地区几率增大，平原地区由于土地资源珍贵，必须利用当地的土体如弱膨胀土或中等膨胀土来填筑路基。

用膨胀土堆筑路基，如果处理不当路面经常会出现开裂，翻浆冒泥等现象，路基会出现膨胀变形，导致路面的结构层发生变形破坏，最后威胁到公路的安全运营。

向膨胀土中掺入石灰的改良方法在膨胀土地区路基填筑中应用广泛，掺入石灰后膨胀土的物理力学特性明显改善，可以很好地满足地基设计的需要。

二、试验填料的物理性质选取大榆树取土场（1号土样）和王财取土场（2号土样）土样作为代表性土样进行试验研究，两取土场的膨胀性分别为弱膨胀土和中等膨胀土，其物理性质指标和膨胀性指标见表1，表2。

粒径组成是膨胀土性质的一项重要参数，特别是粘粒含量，粘粒含量越多往往意味着土体具有更大的膨胀潜势和更高的塑性，从表1中可以看出弱膨胀及中膨胀土的颗粒组成以粉粘粒为主，含量均超过90%，粉粒含量要多于粘粒含量。

从两个取土场的膨胀性指标来看，取土场土源均不宜用作填料，否则土的膨胀性将对路堤造成破坏。

室内试验还对每种土源在Kh=0.90，0.95进行了3组湿化试验，从试验情况看：浸水1h后，土样呈粒状崩解约90%，浸水2h后，即完全崩解。

这说明未经改良的膨胀土水稳性极差，不宜用作填料。

三、石灰改良膨胀土室内试验1、改良方案目前处理膨胀土的方法主要是化學改性，如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化纳、氯化钙、沥青、合成固化剂、合成树脂和磷酸等等，使之与土壤发生一定的物理化学反应，以改变原土的物理力学性质来稳定膨胀土。

水泥+石灰复合改性膨胀土对水质的影响吴建涛; 伍洋; 金科羽; 李国维; 陈承谦; 米帅奇; 郭笑彤【期刊名称】《《水利水电科技进展》》【年(卷),期】2019(039)006【总页数】6页(P82-87)【关键词】引江济淮; 膨胀土; 复合改性; 石灰改性; 浸出液; 水质【作者】吴建涛; 伍洋; 金科羽; 李国维; 陈承谦; 米帅奇; 郭笑彤【作者单位】河海大学土木与交通学院江苏南京 210098; 中设设计集团股份有限公司江苏南京 210014【正文语种】中文【中图分类】TU443膨胀土是一种吸水膨胀软化、失水收缩开裂,并能反复发生湿胀干缩变形的特殊黏土,是在长期自然地质历史作用过程中形成的强亲水性矿物地质体[1]。

边坡膨胀土多为非饱和土,土中水分通过地表蒸发,经过干湿循环后易在浅部产生干缩裂隙[2-3]。

裂隙的出现破坏了土体的完整性,在形成较大滑动面后,伴随着降雨等自然现象,容易发生滑坡,使整个工程无法正常发挥作用[4-5]。

引江济淮是一项以生活供水、船舶通航、农业灌溉为主,以改善巢湖[6]、淮河[7]等水生态环境为辅的大型水利渠道工程。

该工程全线输水总长1 048.68 km,膨胀土渠段55.4 km,从长江安徽段起向北流经巢湖后汇入淮河流域[8-9]。

引江济淮试验工程(桩号40+700～42+200)位于安徽省合肥市蜀山区,地貌单元为江淮丘陵区,地面起伏较大,膨胀土以弱、中膨胀潜势为主[10]。

为防止膨胀土对渠道边坡造成破坏,工程上多通过石灰改性、水泥改性或在边坡处设置锚杆对膨胀进行处理[11-12],并需要加强对膨胀土力学性质的监测[13]。

石灰或水泥改性是在膨胀土中均匀地掺入一定量的石灰或水泥,使其与黏土中的亲水矿物进行反应,生成凝胶物质,降低亲水矿物的含量,从而提高土体的黏结性与稳定性[14-15]。

水泥改性土具有初凝时间短、抗剪强度高[16]、沿坡面变形较均匀[17]以及浸水后完整性显著提高的特点。

第33卷第4期2019年8月南华大学学报(自然科学版)Journal of University of South China(Science and Technology)Vol.33No.4Aug.2019收稿日期:2019-03-22基金项目:国家自然科学基金(51704168);湖南省教育厅科研基金项目(17C1375);南华大学大学生研究生学习和创新性实验计划项目(2016NH020XJXZ;2017XJXZ016)作者简介:鲍㊀洋(1993-),男,硕士研究生,主要从事岩土工程灾害预测与控制方面的研究㊂E-mail:530494952@㊂∗通信作者:戴剑勇(1979-),男,教授,博士,主要从事核安全系统工程㊁矿业系统工程等方面的研究㊂E-mail:daijy13@DOI :10.19431/ki.1673-0062.20190419.019水泥掺量对红粘土固结体抗剪特性影响的试验研究鲍㊀洋,戴剑勇∗,徐志豪,康㊀虔(南华大学资源环境与安全工程学院,湖南衡阳421001)摘㊀要:为探讨水泥掺量对红黏土固结体抗剪强度特性的影响规律,本文以大掺量水泥对红黏土固结体抗剪强度指标的影响为切入点,室内制备了四种不同水泥掺入比的红黏土固结体试块,开展了不同法向应力条件下的红黏土水泥固结体直接剪切试验㊂试验发现:随着水泥掺量的不断增大,红黏土固结体的剪应力-剪位移关系曲线上峰值应力跌落现象逐渐显现;红黏土固结体抗剪强度指标随水泥掺量的增大而提高,但是粘聚力与内摩擦角的增大规律并不相同:粘聚力的增大速率随水泥掺量的增大而不断减小,内摩擦角的增大规律随水泥掺量的增大而呈 S 型㊂关键词:红黏土;水泥土;直剪试验;内摩擦角;粘聚力中图分类号:TU411文献标志码:B文章编号:1673-0062(2019)04-0032-06Experimental Study on the Effect of Cement Content on theShear Behavior of Red Clay ConsolidationBAO Yang ,DAI Jianyong ∗,XU Zhihao ,KANG Qian(School of Resource &Environment and Safety Engineering,University of South China,Hengyang,Hunan 421001,China)Abstract :In order to investigate the influence of cement content on the shear strength of red clay consolidation,this paper takes the influence of high-content cement on the shear strength index of red clay consolidation as the starting point,and four different cement in-corporations are prepared indoors.The direct shear test of red clay cement consolidation under different normal stress conditions was carried out on the red clay consolidation testblock.It is found that with the increasing amount of cement,the peak stress drop phenome-non on the shear stress-shear displacement curve of red clay consolidated body gradually第33卷第4期鲍㊀洋等:水泥掺量对红粘土固结体抗剪特性影响的试验研究appears;The shear strength index of red clay consolidated body increases with the increaseof cement content,but the cohesion and internal friction angle increase are not the same: The rate of increase of cohesive force decreases with the increase of cement content,andthe law of increase of internal friction angle is S type with the increase of cement con-tent.key words:red clay;cement soil;direct shear test;internal friction angle;cohesion0㊀引㊀言水泥土是在土中掺入水泥来改善土的力学性能的一种新型材料[1],广泛应用于地基处理㊁基坑支护㊁边坡加固等岩土工程领域㊂水泥土的工程指标包括无侧限抗压强度㊁抗剪强度㊁渗透特性等,在不同岩土工程领域,对水泥土固结体各工程指标的重视程度也不相同㊂红黏土是一种对环境湿度变化敏感㊁具有多裂隙性㊁强胀缩性和强度衰减性的高塑性黏土[2],其不良的物理性质与良好的力学特性之间的矛盾所带来的工程问题正引起学术界与工程界的广泛关注[3]㊂由于水泥土搅拌法可用于加固各种成因的软黏土,在红黏土地基加固领域得到广泛地推广应用㊂黄辉[4]开展了石灰改良红黏土的无侧限抗压强度试验,发现压实度和养护条件对石灰改良红黏土的抗压强度影响最大,而石灰掺入量影响次之;王海湘[5]根据实际工程中红黏土团聚效应对改良效果影响显著的事实,开展了碳酸钙粉末的不同掺入方法对改良红黏土抗剪强度及抗压强度的影响规律,发现将天然红黏土自然风干后再掺料的改良方法效果最好,并发现碳酸钙粉末的掺入量为10%时,改良红黏土的抗剪及抗压强度值最大;刘之葵[6]研究了粉煤灰和二灰掺量对桂林红黏土的改良效果,发现粉煤灰和二灰的掺入都可以提高红黏土的抗剪强度及压缩模量,但是当掺入量超过一定限度后,红黏土粘聚力不增反降,并对水泥的改良效果进行了研究[7],发现在相同养护龄期时,内摩擦角随水泥掺量增加而增大,粘聚力增大更加明显;吴瑞潜[8]㊁印长俊[9]㊁李晓全[10]㊁郭培玺[11]等发现改良红黏土试块抗压强度随水泥㊁粉煤灰的掺量增大而提高,随龄期的增长而增加[4];汤怡新[12]在大量试验测试基础上,提出水泥固化土的抗压强度主要取决于水泥用量;刘宝臣[13]对桂林红黏土的水泥改良效果开展了试验研究工作,对不同水泥掺入比及养护龄期的水泥土试块进行了无侧限抗压强度㊁轴向压裂㊁及直接剪切试验,发现水泥掺入比为20%时,抗拉性能经济性最好,超过20%后,水泥土固结体抗拉强度增长缓慢;肖桂元[14]对不同水泥掺入比及不同含水率的桂林红黏土固结体进行快剪试验,探究了相同含水率下,红黏土的抗剪强度与水泥掺量之间的关系;施灿海等[15]研究了纤维㊁纤维水泥对云南红黏土抗剪及抗压强度的影响,结果表明,往红粘土掺入纤维㊁纤维水泥后,其强度有了显著的改善;胡文华[16]采用水泥和石灰对江西红黏土进行改良,发现水泥和石灰的掺量越高,改良红黏土的最大干密度和最优含水率均增大[6];吴超[17]对砂砾改良红黏土进行研究后发现,砂砾可降低红黏土液塑限,降低收缩量,提高土体强度;邓庆德[18]对流化床粉煤灰改良红黏土抗压强度的影响规律进行了研究,发现流化床粉煤灰掺量为30%时,改良红黏土强度最高㊂值得注意的是,现有的水泥土改良红黏土研究成果主要集中在地基处理领域,而水泥土搅拌法还可以应用于基坑支护㊁边坡加固等工程,但是在这方面的研究成果极少㊂地基处理工程中更加关注改良红黏土的抗压强度㊁密实度㊁水稳定性等特征,但是在基坑支护㊁边坡加固等工程中,则更加关注水泥土固结体的抗剪与抗拉性能㊂为探究水泥掺量对红黏土固结体抗剪强度指标的影响规律,本文对四种不同水泥掺入比的红黏土固结体试块进行直接剪切试验,收集并分析了水泥土固结体内摩擦角及粘聚力与水泥掺入比之间的关系㊂1㊀试样制备与试验方案1.1㊀试验设备本次试验是在南华大学岩土力学实验室RMT-150B岩石力学试验系统(见图1)上开展的,该设备最大垂直加载能力为1000kN,水平向加载能力为500kN,是一套功能多样化的试验装置㊂设备动态性能良好,实时显示全过程曲线,计算机自动记录并保存各项测量数据㊂RMT-150B 试验系统形成一套闭环回路,控制系统将试验参数控制在电子线路组成的闭环回路系统中㊂33㊀㊀㊀南华大学学报(自然科学版)2019年8月图1㊀岩石力学试验系统Fig.1㊀Rock mechanics test system 1.2㊀试件制备试验所用红黏土取自衡阳市某镇,其重塑土样物理力学指标见表1,水泥为标号32.5R普通硅酸盐水泥㊂为防止高温烘干过程破坏红黏土结构,影响试验结果,对试验所用红黏土进行自然风干处理,然后将风干土样置于电磨中碾成粉末,并过0.075mm孔径筛分后备用㊂表1㊀风干红黏土物理力学指标Table1㊀Air-dried red clay physical andmechanical indicators含水率塑性指数I p粘聚力c/kPa 内摩擦角φ/(ʎ)1.7718.079.25 6.76㊀㊀注:表中含水率为自然风干后测量数据㊂所制备红黏土水泥固结体试块尺寸为长ˑ宽ˑ高=200mmˑ180mmˑ200mm,试块制备过程中,以水泥土混合材料的塌落度作为拌和指标,控制加水量;每次浇筑时按预先测试确定配合比称取好材料,将材料倒入搅拌机中混合搅拌(搅拌时间为5min),待混合料搅拌均匀后,将其装载入定制磨具中浇筑成型(见图2),24h后拆模,在标准养护箱中继续养护7d,然后取出进行直剪试验㊂1.3㊀试验方案设计水泥掺入比m(水泥):m(自然风干红黏土)分别为1ʒ1㊁1ʒ2㊁1ʒ4㊁1ʒ8四组,为防止个别法向应力下无法获取有效数据,每组设计6个不同法向应力下的直接剪切试验,实验测定水泥土固结体试样单轴抗压强度均超过3.5MPa(水泥掺入质量比为1ʒ8试块),据此设定法向荷载分别为10㊁20㊁30㊁40㊁60㊁80kN,相应的法向应力分别为0.27㊁0.56㊁0.83㊁1.11㊁1.67㊁2.22MPa㊂在法向荷载施加至目标值后保持不变,以0.02mm/s的位移控制方式施加水平向荷载,直至试件剪断破坏㊂图2㊀浇筑水泥土试块及定制模具Fig.2㊀Pouring cement soil test block and custom mold 2㊀试验结果与分析2.1㊀红黏土水泥固结体变形特征导出剪切试验结果,通过试验得出数据发现,在水泥掺入比一定范围内,水泥土固结体在水泥掺量增加的过程中变化规律表现出剪切峰值随着法向应力增大而增大,同时剪切力与水平位移的比值在水平位移较小时变化不大,根据这些规律,将剪切试验结果中不同法向力下剪切应力偏离过大的曲线给剔除,得到不同水泥掺入比下红黏土固结体的剪应力-剪位移关系曲线(见图3),可以发现:随水泥掺入量的不断增大,峰值剪断后的应力跌落现象逐渐明显,掺入比为1ʒ4及以下时,剪应力-剪位移曲线上基本没有应力跌落现象,红黏土固结体没有明显的峰值强度,其残余应力与峰值应力基本持平,表明在较低水泥掺入量(1ʒ4及以下)条件下,以水泥土抗剪能力为主要特性的抗滑桩,剪切面形成后,其抗剪强度降低程度并不明显㊂这是由于:当水泥掺入量较少时,水泥水化形成的固结体并不能在红黏土内部有效连接并协同工作,导致红黏土固结体基本呈现出与红黏土相似的剪切变形特征㊂当水泥掺入比增大至1ʒ2及以上时,由于红黏土中的水泥掺量足够多,其水化产物在红黏土中能够有效连接,并协同发挥抗剪能力,此时红黏土在固结体发挥抗剪作用时的参与度越来越小㊂43第33卷第4期鲍㊀洋等:水泥掺量对红粘土固结体抗剪特性影响的试验研究2.2㊀红黏土水泥固结体强度规律进一步分析提取试验数据,将不同水泥掺入比的红黏土固结体试块峰值剪应力-正应力数值点绘于图4中,并对图4中的数据点进行线性拟合,拟合结果同时呈现在图4中对应图片左上角㊂图3㊀不同法向力下红粘土水泥固结体剪应力-剪位移关系曲线Fig.3㊀Shear stress-shear displacement relationship curve of red clay cement consolidationunder different normal forces㊀㊀图4中数据点的拟合结果显示,所提取的试验数据具有较高的规律一致性㊂图4中所呈现的拟合直线,并不能直观呈现水泥掺入比对红黏土固结体抗剪强度指标的影响规律性,表明水泥掺入比对红黏土固结体抗剪强度指标(c ㊁φ)的影响并不相同㊂根据已作出的剪切力水平位移曲线图,分别取各水泥掺入比不同法相力条件下水泥土试件破坏的剪切峰值强度,根据这些数据,分别作出4种水泥掺入比条件下的固结体抗剪强度参数拟合结果图,相对应的根据拟合结果可以求出各水泥掺入比下黏聚力与内摩擦角的参数,得到表2所示的红黏土水泥固结体抗剪强度指标与水泥掺入比之间的对应性关系㊂表2㊀红黏土固结体抗剪强度参数Table 2㊀Shear strength parameters of red clay consolidation水泥掺入比(质量份数)c /MPa φ/(ʎ)1ʒ1 1.0061.541ʒ20.9952.351ʒ40.8036.261ʒ80.2235.19为了更为直观的呈现红黏土固结体抗剪强度指标与水泥掺入比之间的关系,将表2中的数据,绘于图5中㊂53㊀㊀㊀南华大学学报(自然科学版)2019年8月图4㊀红黏土水泥固结体抗剪强度参数及其拟合结果图Fig.4㊀Shear strength parameters of red clay cement consolidation and fitting resultdiagram图5㊀剪切力学参数与水土比关系结果图Fig.5㊀Result diagram of relation between shear mechanics parameters and soil-water ratio㊀㊀从图5可以直观看出:红黏土水泥固结体抗的剪强度指标,粘聚力c 与内摩擦角φ,都随水泥掺入比的增大而逐渐增大,但是增大的规律性上,两者呈现出不同的变化关系;随着水泥掺入比的不断增大,粘聚力的增大速率逐渐减小,当水泥掺入比超过1ʒ2时,水泥掺入量再增大,对粘聚力的贡献极为有限;但是内摩擦角的增大速率却随水泥掺入比的不断增大而呈 S 型变化,在水泥掺入比较小时,内摩擦角对水泥掺量的增加不敏感,水泥掺入比较大时,内摩擦角的增长速率又会63第33卷第4期鲍㊀洋等:水泥掺量对红粘土固结体抗剪特性影响的试验研究减慢㊂对于红黏土中水泥掺量较大时,固结体抗剪强度指标变化规律的差异性,笔者计划结合扫描电镜等微细观观测技术,开展进一步的深入研究工作,以尝试从现象上探究水泥掺入比对红黏土固结体抗剪强度指标影响的内在机理㊂3㊀结㊀论鉴于水泥土搅拌桩在基坑支护㊁边坡防护工程领域的广泛应用,本文以大掺量水泥对红黏土固结体抗剪强度指标的影响规律为切入点,开展了不同法向应力条件下红黏土水泥固结体的直接剪切试验,探讨和分析了水泥掺量对红黏土固结体剪应力-剪位移曲线特征㊁抗剪强度指标变化的影响规律,主要得到如下结论:1)随着水泥掺量的不断增大,红黏土固结体剪切块的剪应力-剪位移关系曲线上峰值应力跌落现象逐渐显现㊂2)红黏土固结体抗剪强度指标随水泥掺量的增大而提高,但是水泥掺量对红黏土固结体粘聚力与内摩擦角的影响规律不同:红黏土固结体粘聚力增大速率随水泥掺量的增大而不断减小,至掺入比为1ʒ2后,粘聚力增长基本趋于停滞;红黏土固结体内摩擦角增大速率随水泥掺量的增大而呈 S 型增大,水泥掺量较低时,内摩擦角增长缓慢,掺量较高时,内摩擦角增长速率开始放缓㊂参考文献:[1]王珊珊,卢成原,孟凡丽.水泥土抗剪强度试验研究[J].浙江工业大学学报,2008,36(4):456-459. [2]陈开圣.干湿循环下红黏土裂隙演化规律及对抗剪强度影响[J].水文地质工程地质,2018,45(1): 89-95.[3]崔德山,项伟,ROHN J.离子土固化剂加固红黏土的X射线衍射试验[J].长江科学院院报,2009,26(9): 36-43.[4]黄辉.红黏土无侧限抗压强度试验影响因素研究[J].湖南工业大学学报,2010,24(4):22-26. [5]王海湘,于冬升,张金团,等.不同改性方法对红黏土强度的影响研究[J].施工技术,2017,46(20): 120-124.[6]刘之葵,郭彤,王剑.粉煤灰和二灰对桂林红黏土力学性质的影响[J].水文地质工程地质,2017,44(3): 86-92.[7]刘之葵,邱晓娟,雷轶.水泥改良桂林红粘土的试验研究[J].公路工程,2016,41(1):6-9;19. [8]吴瑞潜,谢康和,陈先华,等.水泥和粉煤灰加固红黏土的试验研究[J].工业建筑,2006,36(7):29-31. [9]印长俊,马石城.水泥红土的力学性能试验研究[J].湘潭大学自然科学学报,2004,26(2):99-101. [10]李晓全,马石城,屈畅姿,等.水泥红粘土的强度试验研究[J].公路工程,2007,32(6):49-52. [11]郭培玺,阮怀宁.红粘土地区水泥土强度的试验研究[J].岩土工程技术,2006,20(3):132-135. [12]汤怡新,刘汉龙,朱伟.水泥固化土工程特性试验研究[J].岩土工程学报,2000,22(5):549-554. [13]刘宝臣,李翠娟,潘宗源,等.水泥搅拌法改良桂林红黏土力学性质试验研究[J].工程地质学报,2012,20(4):633-638.[14]肖桂元,龙建云,钟倩丽,等.水泥外加剂对红黏土强度的影响[J].桂林理工大学学报,2016,36(2): 260-263.[15]施灿海,李猛,王绍强,等.改良云南红粘土强度特性研究[J].科学技术与工程,2011,11(9):2137-2140.[16]胡文华,刘超群,刘中启,等.水泥或石灰改良红黏土的力学强度特性试验研究[J],路基工程,2017(5): 11-14.[17]吴超.砂砾改良高液限红黏土的试验研究[J].山西建筑,2008,34(19):96-98.[18]邓庆德,王群英,李勇辉,等.循环流化床粉煤灰固化红黏土研究[J].公路,2015,60(5):177-180.(责任编辑:扶文静)73。

高速公路石灰改良膨胀土试验与施工对照分析胡彦成一、概述在高速公路建设中，沿线经常分布有膨胀土不良土质土源，由于土地珍贵和经济上的因素，有时不得不利用就近的中等或弱膨胀土不良土源作为高速公路路基填料。

膨胀土改良方法，及改良膨胀土路用技术的研究，是近年来我国高等级公路建设中的热点课题之一。

我们以蚌明高速公路的膨胀土为研究对象，蚌明高速公路多个标段通过膨胀土地区，尤其以五标及九标的土质为最差。

我们在施工灰土实验段初期就遇到了击实结果偏大，压实度不能达到设计要求的情况。

从施工工艺上改进后依然不能达到。

这就使我们考虑到控制压实度的一些关键数据，如标干、含水量等。

膨胀土主要是由亲水性较强的粘土矿物成分组成的，具有较大涨缩性能和相对较高的液限、塑限和塑性指数的粘性土。

受生成地质条件、地址、水文及气候环境等因素的影响，具有显著的涨缩性、崩解性、多裂隙性、风化特性和强度衰减性等一系列的特殊、复杂的物理力学性质。

二、膨胀土石灰改良的工作机理1、膨胀土如果处理不当，对工程建设具有潜在的破坏性。

因此，膨胀土改性后再用于高速公路填筑是十分必要的。

石灰改良膨胀土是最普遍、最有效的方法之一。

石灰与膨胀土之间的化学作用非常复杂，石灰改良的工作机理一般认为有：a）化学与物理-化学作用一是离子交换作用，即石灰中钙、镁离子置换土中钠、钾离子，或吸收作用，导致离子单位重量增加。

膨胀土与石灰接触后，这一离子交换作用立即发生，使得胶体吸附层减薄，从而使粘土胶状颗粒发生凝聚，粘胶力的亲水性减弱，细颗粒产生絮凝和凝沉，形成较大的集力或积聚体。

二是碳酸化作用，即石灰中Ca（OH）2吸收CO2形成质地坚固、水稳性好的CaCO3晶体。

这一结晶作用使得土的胶结得到加强，从而提高了石灰土的后期强度。

试验表明，碳酸化学反应只有在水的条件下才能进行，在干燥的碳酸气作用于完全干燥的石灰粉末时，碳酸反应几乎停止，说明这种作用需用水。

三是结晶作用，在石灰土中除了一部分Ca（OH）2发生碳酸化反应外，另一部分则在石灰土中自行结晶Ca（OH）2+nH2O→Ca（OH）2.nH2O由于结晶作用，Ca（OH）2胶状体逐渐变成晶体，这种晶体能互相作用与土结合成晶体，从而把土粒胶结成整体，提高了石灰土的水稳定性。

超细石灰石粉掺量对中等强度等级混凝土性能的影响
邓亮亮
【期刊名称】《混凝土》
【年(卷),期】2014(000)008
【摘要】以不同石灰石粉掺量的C30混凝土为研究对象，对其力学性能及工作性能进行分析，得出超细石灰石粉掺量对中等强度等级混凝土性能的影响。

结果表明，超细石灰石粉具有优异的减水增塑效果，能显著改善混凝土的工作性能。

当石灰石粉掺量为胶凝材料总量的25%时，混凝土的工作性能最佳。

在用水量相同的条件下，掺入超细石灰石粉取代部分水泥对混凝土力学性能影响不大。

坍落度相同情况下，可通过掺入石灰石粉使得用水量降低的方式来提高混凝土的抗压强度。

【总页数】4页(P101-103,106)
【作者】邓亮亮
【作者单位】山西省交通科学研究院，山西太原 030006; 黄土地区公路建设与养护交通行业重点试验室，山西太原 030006
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.041
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1.石灰石粉掺量和细度对混凝土性能的影响 [J], 丁华柱;刘围;都增延;王波
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*工程师,铁道部第十二工程局,030024太原收稿日期:1997-10-24用石灰改变膨胀土的工程性质　赵振平*摘　要　膨胀土是一种工程性质极差的粘性土,对在其上修筑的建筑物有极大影响。

本文简要介绍采用石灰改变膨胀土的工程性质的机理及其应用。

关键词　石灰　膨胀土　工程应用 膨胀土是一种工程性质极差的粘性土。

为了改进膨胀土的工程性质,人们做过许多努力,取得了很大进展。

本文就是在研究已有成果的基础上,结合笔者的经验与体会,探讨了石灰同膨胀土的相互作用及影响该作用的诸因素,并介绍了最佳石灰用量以及该项技术在工程中的应用等问题。

1　石灰同膨胀土的相互作用一般说来,石灰与裂土可产生以下4种作用:(1)阳离子交换作用:石灰同膨胀土掺和以后,土中将产生过量的Ca 2+,它能置换土中其它的离子(除M g 2+以外)。

(2)絮凝或团聚作用:主要表现是使土中的小团粒变成大的团块。

以上两种作用将明显改善土的塑性、膨胀势和其它物理性质,但对强度影响不大。

(3)碳化作用:土中的石灰同空气中的二氧化碳发生作用,可形成一种较弱的钙-碳粘结物质,使土碳化。

但该作用对土的强度影响也不大,有时甚至会使土的整体强度降低。

(4)胶凝作用:适量的石灰和水可同土中大量存在的硅、铝或两者同时作用而产生较强的粘结物质,在这种高碱性的环境中,主要是氢氧化钙硅或/和氢氧化钙铝,结果将使土的强度有较大幅度的提高,土的结构也将有较大的变化。

2　几种影响因素(1)膨胀土的矿物组成:由上述可知,膨胀土中硅、铝和钙的含量对以上4种作用都会产生影响,而膨胀土中铁、硫化物和有机质含量过多,将会破坏上述4种作用。

通常认为,当用石灰处理过的土比原膨胀土的无侧限抗压强度高3.5kg/cm 2以上时,可用石灰处理之,否则将用别的物质处理。

(2)膨胀土团粒的大小:土的粒度越细,它同石灰的相互作用将越充分,否则要适当增加石灰的用量。

一般要求其团粒尺寸最好不超过5cm 。

(3)石灰的用量:当石灰用量不足时,一般不产生胶凝作用,这时只是大幅度地降低了膨胀土的塑性,因而也降低了它的膨胀势和收缩性,但对其强度的影响不大。