中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 杭州 311122
摘要：为解决城市人造山体结构设计的关键技术问题，提高堆山效果，缩短工程周期，结合合肥滨湖新区山体堆载工程，通过室内试验、数值计算分析与理论分析等研究方法相结合的综合研究方法，分析软土堆山料的工程特性。通过比较重塑土的物理力学性能指标如含水量以及是否添加石灰，研究其力学性质改良方法，推进城市景观建设，为提升我国市政建设、环境保护层次提供技术支撑。
关键词：室内试验；数值计算；含水率；力学性质改良
1 引 言
合肥膨胀土的矿物组成主要是伊利石和蒙脱石，有较的吸水性。而膨胀土是土中黏粒成分，主要由亲水性矿物组成，具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土。
固结与压缩对土的工程性状有着重要影响，与土工建筑物地基的渗流、稳定和沉降等问题有密切的关系。在本工程实际中，由于土层的压缩变形，会导致人工山山体的整体沉降，为了确保山体的最终标高达到设计标高，需测定土的压缩性指标，并以此作为设计的控制数据。刘洋[1]提到水进入膨胀土中所引起的各种作用,一方面使基质吸力减小,土的表观凝聚力降低;另一方面,使粘土矿物的吸附水膜增厚,土颗粒之间的胶结减弱,膨胀土的结构性凝聚力降低。这两个作用的总效果就造成了膨胀土在增湿时抗剪强度的降低。
叶昆荣[2]通过室内土工试验和化学手段得到合肥膨胀土的微观结构特征，叠聚体间联结较强，孔隙十分发育，又聚体多以面面方式存在，整体上以连续的、不定向分布的粘土物质为主，土的结构联结为凝聚型、过渡型和混合型，因此得出合肥粘土的膨胀等级为中等偏弱。管政亭[3]对合肥新桥机场膨胀土的物理力学性能参数进行了研究，时也研究了石灰掺量对膨胀土的影响。当掺量为8%时，膨胀率为3%，同时，抗剪强度的粘聚力、内摩擦角和无侧限抗压强度指标达到最大值，因此石灰最大掺入比取为8%比较合适。秦建卫[4]通过试验得出合肥南京铁路肥东段石灰改良能明显改善膨胀土在浸水条件下的力学性。改良后膨胀土渗透系数主要集中在107~108数量级，土体结构不被破坏的情况下具有良好的防渗性。
2 试验概况
2.1 物理力学性质试验
本次试验选取滨湖新区人工山的典型地带，使用取土器挖出原状土，用小铲子对土样表面进行简单处理，再用保鲜膜严密包装，之后对各个土样标号并记录基本信息。选用温度能保持105摄氏度的烘箱以及感量0.01g的电子天平和干燥器等，进行天然含水率测试。采用环刀法，取环刀样进行天然密度试验。采用能调节温度的沙浴和容积100ml 的比重瓶、称量200g，感量0.001g的天平进行比重测试。采用光电式液塑限联合测定仪测出所取试料均属于低液限粘土（Ip≥10且ωL＜50％）。采用变水头装置进行渗透测试。
室内土工固结试验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力与孔隙比和压力的关系。试验采用型号为YS-1的固结仪器和能垂直地在瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力的加压设备，另选用量程10mm，最小分度值为0.01mm的百分表来量测变形。采用应变控制式直接剪切仪等进行剪切试验。采用TSZ系列全自动三轴仪和试样变形量测系统以及数据记录系统。
2.2 对不同含水率的重塑土的三轴压缩试验
考虑到人工山的堆填土长期裸露在外界，当遭受到雨水浸泡、太阳暴晒的情形下，土体的含水率会有较大变化。为了探讨含水率对土的强度影响，现将堆填土的含水率分为18%、28%、38%三种情况，然后进行三轴压缩试验。其中，28%含水率为原状土自身的含水率，具体试验数据见前文，18%含水率是由原状土晾干定量水分得来，38%是由原状土饱和再进行晾干得来。采用分度值0.01g的电子天平、具有弹性的橡皮膜、温度能保持105摄氏度的烘箱、分度值0.02mm的游标卡尺以及干燥器、千斤顶等设备进行三轴抗压强度测试。
2.3 对不同石灰掺量的重塑土的三轴压缩试验
由于该工程在实际施工过程中对土进行了石灰改良，为了探讨石灰改良对土强度影响，将土样进行重塑，但保持土的含水率28%不变，密度1.915 g /cm3不变，改变石灰掺量。在本文中，石灰的掺量梯度为3%、5%和7%。使用设备与对不同含水率的重塑土的三轴压缩试验设备相同。
3 计算结果及分析
本次试验得到堆填土的基本物理性质指标，具体见表1所示。
图1为在剪切荷载分别为100kPa、200kPa、300kPa和400kPa下，堆填土的剪切应力与剪切位移之间的关系曲线。由图可知，在剪切位移相同的条件下，垂直压力越大，所需的剪切应力越大；当土中剪切应力相同时，垂直压力越大，剪切位移越小，这是由于垂直压力对剪切变形的限制作用。在不同的垂直压力作用下，堆填土的应力—位移曲线变化规律大致相同，可以分为三段，即0~100mm时的剪切应力快速增长阶段，100~300mm时的应力缓慢增长阶段和300mm以后曲线趋于平稳的阶段。由堆填土的应力—位移曲线可以获得土的抗剪强度，即土体抵抗剪切应力破坏的极限能力。
图2 堆填土抗剪强度和垂直压力曲线图
当剪切荷载分别为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa时，可得土的不
论文作者:胡士兵,夏,霄
论文发表刊物:《防护工程》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/31
标签：应力论文; 石灰论文; 合肥论文; 含水率论文; 力学论文; 位移论文; 压力论文; 《防护工程》2017年第27期论文;