膨 胀土改 进 CB R 膨胀 量的浸 水时 间效应杨和平 1 , 湛文 涛 1 ,2 , 肖杰 1(1 . 长 沙理工 大 学 交通运 输工程学 院 , 湖南 长沙 410004 ; 2 . 湖北省公 路工程咨 询监理中 心 )摘要 : CB R 膨胀 量是新的膨 胀土 填 料 分 类 分 级 三 大 指 标 之 一 ,有 关 其 浸 水 时 间 效 应 还少有研究 。 为获得浸 水时间对 CB R 膨胀量 的影响 ,将 4 种 制 件 含 水 率 的 百 色 膨 胀 土 试 件 分 别 浸 水 4 d 和 7 d ,按 设 定 的 不 同 时 刻 观 测 其 变 形 量 。 结 果表明 :随着 制件含水 率增大 ,改进 CB R 膨 胀 量 减小 ,试 件 60 %以 上的 膨 胀 变形 在 第 1 天 发 生 ;浸水 4 d 后 ,试 件 并未 饱 和 ,各试 件 间 平 均 含 水 率 相 差 较 大 ;浸 水 7 d 时 ,试 件 早 已 达 饱 和 状 态 ,且 各 平 均 含 水 率 相 当 接 近 。 试 件的制件 含 水 率 越 低 ,膨 胀 变 形 早 期 增 长 速 率 越 高 ,达 到 饱 和 所 需 时 间 越 短 ,浸 水 4 d 的 平 均 含 水率也越 高 ;试 件 浸 水 后 不 同 深 度 处 平 均 含 水 率 的 最 大 值 均 在 顶 面 出 现 ,最 小 值 出 现 在 中 间 层 。关键词 : CB R 膨 胀量 ; 改进 CB R 试验法 ; 百色膨 胀土 ; 浸水时 间以百色膨胀 土 为 对 象 ,围 绕 试 件 浸 水 时 间 对 膨 胀土 路 用性能的影 响 ,采 用改进 CB R 试验方 法开展 了 一 系列 的室内试验 ,通过 详细整理测 试数据 、 系统分析 试验成 果 ,研 究获得膨胀 土的浸水时 间效应 。引 言1改 进 CB R 值和 CB R 膨 胀量描述 了 浸水后膨胀 土的强度 与膨胀变形 特 性 ,是 评 价 膨 胀 土 能 否 直 接 用 作 路堤填 料 的 两 个 重 要 指 标 。 按 现 行 规 范 要 求 , 进 行 CB R 试验 时 , 需 模 拟 填 料 在 使 用 过 程 中 的 最 不 利 状 态 ,即按泡水 4 昼夜作为 设 计 状 态 ,故 土 工 试 验规程 取 浸 水 4 d 的 测 试 结 果 。 浸 泡 4 d 后 普 通 粘 土 的 膨 胀 变 形 早 已 完 成 ,但 膨 胀 土 是 一 种 特 殊 粘 土 ,达 到 吸 水 饱 和 前 , 其 强 度 、 变 形 可 能 会 一 直变化 ,浸水 4 d 时是 否稳定 ,超 过 4 d 后 的 变 化 又 如 何 ,这 些 都 值 得 探 索 和 研 究 ,因 弄 清 这 些 问 题 能 更 好 地 认 识 膨 胀 土 浸 水 时 间 效 应 ,有 助 于 进 一 步 评 价 和 完 善 膨 胀 土 路 堤 物 理 处 治 新 技 术 。2 试验设计2 . 1 试验 土样试验土样取 自百 隆 高 速 公 路 13 标 段 四 塘 互 通 立 交处 ( A K0 + 220) ,为广西百 色盆地中部 的典型灰白 膨 胀土 ,土质 细腻 、 有滑感 ,含铁锰结 核和斜交裂 隙 ,光 滑 面发 育呈鳞片状 。2 . 2 试验 内容及方法土的微观特 性 、 物 质成分 、 物理和水 理性质试验 请 6 刘娉 慧 ,王 清 ,石丙飞 ,等 . 快 速 加 固 吹 填 泥 浆 的 试 验 研 究与分 析 J . 岩土力学 ,2005 (12) . 7 沈飞 ,曹净 ,曹 慧 . 土 壤 固 化 剂 的 发 展 现 状 及 其 前 景 展 望J . 岩土工 程界 ,2008 (12) . 8 李芳 . S H 固 土剂与石 灰改性固 化滨海盐 渍土的路 用性 能 及机 理试验研 究 D . 天 津 城 市 建 设 学 院 硕 士 学 位 论 文 ,2007 . 9 赵卫 全 . 新 型固化剂 加固 土 试 验 研 究 D . 西 北 农 林 科 技 大学 硕士学位 论文 ,2003 . 10 Kolia s S , Ka sselo uri - Rigopo ulo u V , Ka ra halio s A .Sta bili satio n of Clay Soil s wit h High Calcium Fly a nd Cement J . Cement and Co ncrete Co mpo site s , 2005 , 27 (2) :301 - 313 .黄新 ,胡 同 安 . 水 泥 - 废 石 膏 加 固 软 土 的 试 验 研 究 J .岩土工 程学报 ,1998 (5) .Shenbaga R K , Va sant G H . Co mp re ssive St rengt h ofCement Sta bilized Fly A sh - Soil Mixt ure s J . Cement a nd Co ncrete Re search , 1999 , 29 :673 - 677 . 11 12 收稿日 期 :2011 - 04 - 26基金项 目 :国家自然科 学基金资 助项目 (编号 :50978035) ;交通部西 部交通建设 科技项目 (编 号 :200831800089)作者简 介 :杨和平 ,男 ,教授 ,博士生 导师 . E - mail :c scuyang 163 . co m 6 中 外 公 路 第 31 卷中国科 学院地质与 地球物理 研究所协作 完成 。 击实 试验按 J T G E40 - 2007 公 路 土 工 试 验 规 程 执 行 ,击 实 试 验采 用重型击实 标准 。 改进 CB R 试验按文献 3 提 供的试 验方法进行 ,设 定了 2 组不 同的浸水时 间 ,分 别 为 浸水 4 d 和浸水 7 d ,每组试 验又按照 4 种不 同 的 初始含 水率制备试 样 。表 1 、 2 为外 协 提 供 的 试 验 土 样 物 理 、 水 理 性 质 及 物质 成分测试结 果 ,不 难看出该土 样为典型膨 胀土 ,其 膨胀 势为中偏强 。表 1 百 色膨胀土 的物理和 水理性质 ( A K0 + 220 处 )深度 /m含水 率 /%密 度 /( g cm - 3 )液限 /%塑限 /%塑性指数自由膨 胀率 / %天然 稠度 膨胀势中 - 强6 20 . 60 2 . 092 56 . 26 21 . 37 34 . 89 1 . 02 82表 2 百 色膨胀土 物质成分 组成组成颗粒 ( mm) 含量 / % 粘土矿 物相对含 量 / %蒙脱石 / %表面积 /( m2 g - 1 )混层 比 /%CaCO3 /% 0 . 075 0 . 005 0 . 075 0 . 005 0 . 002 I/ S I K C16 . 58 130 . 77 12 . 84 0 . 10 52 . 02 47 . 88 45 . 20 53 22 24 1 45采 用湿法重型 标 准 ( 每 层 98 击 ) 完 成 土 样 的 击 实试验 ,整理得 其最佳含 水 率 为 17 . 46 % ,最 大 干 密 度 为1 . 80 g/ c m3 。 围 绕探索膨胀土 浸 水 时 间 效 应 的 研 究 目 标 ,按 改进 CB R 试验 方法进行试 验 ,用 湿法重型击 实制备 4 种 不同含 水率的膨胀 土试件 ,试 件 浸 水 采 用 特 制 的 CB R 筒由上 部变为侧向浸 水 ,浸 水 时 间 分 别 为 4 d 和 7 d ,浸水期 试件顶部施 加的荷载 为 20 k Pa ,试件 的 CB R 贯 入操作 同常规试 验 。 试 验 中 ,称 取 浸 水 前 后 击 实 试 件 的总质 量 ,根 据制件含 水率 ,求算浸水后 试件的平均 含水率 。为使试验结 果准确 、 可靠 ,每项测试 均做了平行 试 验 ,并取满 足误差要 求 的 同 组 数 据 的 平 均 值 作 为 测 试 结果 。3 试验结果 及浸水时 间效应 分析3 . 1 膨胀 土 CB R 特征指标4 种 制 件 含 水 率 试 件 浸 水 4 d 和 7 d 后 的 改 进CB R 特 征指标测 试 结果见表 3 。表 3 膨 胀土的改 进 CB R 特 征指标CB R 膨胀 量 / % 浸 水后试件 的平均含 水率 / %含水 率 /%CB R/ %4 d 7 d 4 d 7 d 4 d 7 d15 . 9818 . 0320 . 1122 . 103 . 653 . 944 . 374 . 013 . 513 . 613 . 943 . 585 . 254 . 973 . 832 . 975 . 395 . 244 . 103 . 2328 . 3927 . 7727 . 1526 . 5528 . 7828 . 8528 . 8228 . 70(1) 改 进 CB R 值由 表 3 不难看 出 ,对 改 进 CB R 值 而 言 ,试 件 浸 水4 d 和 7 d 的 测 试 结 果 类 似 ,浸 水 7 d 的 改 进 CB R 值 略小于 浸水 4 d 的 对 应 值 ,制 件 含 水 率 依 然 是 影 响 膨 胀土强 度特征指标 的 主 要 因 素 。 改 进 CB R 值 随 制 件含水率 的增大先增 大 后 减 少 ,按 最 佳 含 水 率 制 作 的 试 件 CB R 值 并 非 最 大 , 该 最 大 值 对 应 的 含 水 率 为20 . 11 % ,高出最佳 含水率 2 . 8 % ,与 天 然 含 水 率 接 近 ,这与 文献 4 研 究 的 结 论 一 致 。 膨 胀 土 这 一 特 性 在 百隆路 膨胀土路基 修 建 中 体 现 了 良 好 的 工 程 价 值 ,即 选 取膨 胀土填筑下 路 堤 时 ,天 然 状 态 下 的 膨 胀 土 就 是 最 好的 填料 ,不用风干或 加湿即可直 接分层摊铺 和碾压 , 大大 提高了施工 效率并能保 证工程质量 。(2) 改 进 CB R 膨胀量改进 CB R 膨胀 量 均随制件含 水率增大而 减小 ,且 浸 水 7 d 的 改进 CB R 膨 胀 量 略 高 于 4 d ,即 浸 水 时 间 2011 年 第 3 期 杨 和平 ,等 :膨 胀土改进 C B R 膨胀量的浸 水时间效应 7 超过 4 d 后 试件的膨胀 变形增量已 不大 。(3) 浸 水试件的 平 均含水率制 件含水率越低 ,浸 水 4 d 后 试 件 的 平 均 含 水 率 越高 ,而浸水 7 d 后各试件的 平均 含 水 率 则 相 差 不 大 , 都在 28 . 80 %左 右 。 将 表 3 中 浸 水 4 d 和 7 d 后 试 件 的 平 均含水率绘 制成图 (图 1) ,得 到浸水 4 d 后不同 制件含水 率试件的平 均含水率 连线 ,其斜率大 ,表明平 均 含水率 受制件含 水 率 影 响 大 ,浸 水 4 d 的 膨 胀 土 并 未 饱和 ,仍 能 吸 水 , CB R 膨 胀 量 还 在 增 加 ; 而 浸 水 7 d 时 ,不同制件 含水率试 件的平均含 水率连线近 似水平 , 表明此 时膨胀土试 件 已 经 饱 和 ,各 试 件 的 平 均 含 水 率十分接 近 。表 4 不 同时刻膨 胀土的改 进 CB R 膨 胀量各 含水率 ( %) 的膨胀 变形量 / 0