干密度和含水率对稻草加筋土强度与变形的影响.pdf

第 4 1 卷 第 1 期 2 0 1 3 年 2月 煤田地质与勘探 CoALGE 01 0GY E 0R蜘ON V 01 41 NO 1 Fe b 20l 3 文 章编 号 1 0 0 1 1 9 8 6 2 0 1 3 0 1 0 0 4 6 0 4 干密度和含水率对稻草加筋土强度与变形的影响 柴寿喜 石 茜 天津城市建设学院地质与测绘学院 天津 3 0 0 3 8 4 摘要 以防腐处理后的稻草加筋滨海盐渍土 完成 了三种干密度和三种含水率的稻草加筋土的抗 压实验和三轴 u u 压缩实验 结果表明 干密度较 大时 加筋土的抗压强度和抗剪强度较高 达 到峰值强度的应变较大 即抗变形能力较强 随含水率的增加 加筋土的强度降低 抗变形能力 减弱 加筋稻草增强 了土的抗变形能力 提 高了土的粘聚力 但对 内摩擦角的影响很 小 在最优 含水率和最大干密度下 加筋效果最优 关键词 纤维加筋土 滨海盐渍土 干密度 含水率 中图分类号 T U 4 4 8 文献标识码 A DO I 1 0 3 9 6 9 is s n 1 0 0 1 1 9 8 6 2 0 1 3 0 1 0 0 9 Ef f e c t o f d r y de ns it y a nd wa t e r c o nt e nt o n t he s t r e ng t h a nd de f o r ma t io n o f s a l ine s o il r e inf o r c e d wit h r ic e s t r a w C H AI S h o u x i S HI Q ia n S c h o o l o fG e o l o g y a n d G e o ma t i c s T i a n j i n I n s t i t u t e o fU r b a n C o n s t r u c t i o n T i a n j i n 3 0 0 3 8 4 C h in a Ab s t r a c t S a l i n e s o il is r e i n f o r c e d wit h a n t i c o r r o s i v e r ic e s t r a w ma r in a t e d i n S H a g e n t a n d t h e u n c o n fi n e d c o m p r e s s i v e t e s t a n d t r ia x i a l s h e a r t e s t UU o n r e i n f o r c e me n t a r e c a r r ie d o u t imme d ia t e l y in t h e c o n d i t io n o f t h r e e d r y d e n s i t ie s a n d t h r e e wa t e r c o n t e n t o f s a l i n e s o il I t h a s b e e n p r o v e d tha t 1 c o mp r e s s iv e s t r e n g t h a n d s h e a r s t r e n g t h a r e h ig h a n d a n t i d e f o r ma t i o n is r e ma r k a b l e i n g r e a t d e n s it y 2 t h e s t r e n g t h a r e h i g h a n d a n t i d e for ma t io n o f r e i n f o r c e d s o i l r e d u c e s wi t h t h e in c r e a s e o f wa t e r c o n t e n t 3 r e i n f o r c e me n t with r ic e s t r a w in c r e a s e s t h e c o h e s i o n a n d a n t i d e f o rm a t i o n b u t h a s s ma l l i mp a c t o n in t e r n a l f r ic t io n a n g l e 4 r e i n f o r c i n g e ff e c t is v e r y we l l i n the c o n d it io n o f ma x imu m d ry d e n s it y a n d o p t imu m wa t e r c o n t e n t Re s e a r c h r e s ul t s c a n b e u s e d a s a g u id e f o r e n g in e e r in g c o n s t r u c t io n Ke y wo r d s s o i l r e i n f o r c e d wi th fi b e r s a l i n e s o il d r y d e n s i t y wa t e r c o n t e n t 滨海平原区的路堤形式为填方 路堤填料为滨 海盐渍土 因滨海盐渍土具有盐胀和溶陷等不 良工 程地质 问题 应对其进行 固化或加筋等处理 以满 足路堤对土的强度和抗变形性能的要求 l 以改性 的聚乙烯醇一 s H胶浸泡稻草 将 防腐后的稻草加筋 滨海盐渍土 作路堤填料使用 天津滨海新区具有降水丰沛 气候潮湿 地下 水位埋藏较浅 表层粘性土的毛细水上升高度大等 特点 2 路堤土吸水后 土中的全部盐颗粒 或部分 被溶解 盐颗粒原先 占据的空间在土中形成空穴 土 在 自重或外力作用下产生溶陷 或盐颗粒原本在土 中作为骨架颗粒 盐颗粒被溶解后 土骨架的原始 应力平衡被打破 土颗粒重新排列 挤密 土产生 溶 陷 蒸发使土中的水分散失 盐溶液的浓度增加 盐分结晶 引起盐胀 路堤施工是在一定的含水率 条件下 将土料分层碾压数遍 达到设计的干密度 而成 的 因此路堤 的强度和变形性能与填土的含水 率和干密度密切相关 3 J 研究稻草加筋盐渍土的干密度和含水率对其无 侧限抗压强度 抗剪强度和应力应变性能的影响 对 于优化加筋处理方案及实际工程应用有指导作用 1 实验材料与实验方案 1 1 实验材料 S H胶成分为改性 的聚乙烯醇 是水溶性 的液体 高分子材料 固体含量 6 密度 1 0 9 g c m 以 S H 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 2 7 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 4 1 1 4 0 0 2 4 4 1 2 7 2 3 3 5 天津市 自然科学基金项 目 1 2 J C Y B J C 1 4 5 0 0 天津市高等 学校科技发展基金项 目 2 0 0 9 0 9 0 1 作者简介 柴寿喜 1 9 6 2 一 男 天津人 博士 教授 从事纤维加筋土方面的研究 4 8 煤 田地质 与勘探 第 4 1 卷 自由水分增多 颗粒间错动较为容易 同时筋材表 面也被充分润滑 从而减小了筋土间的摩擦力 加 筋作用被弱化 两者共同作用 导致稻草加筋土的 抗压强度较低 随含水率增加 加筋土的抗压强度一 轴向应变曲 线 由弱应变软化型过渡到应变硬化型 含水率对应 力应变性能的影响强于干密度的影响 图 4显示 含水率为 2 0 的加筋土有贯穿裂缝 且有较小的脱落土块 含水率为 2 4 的加筋土试样 的裂缝不多 呈现微塑性破坏 3 抗剪强度与变形性能 3 1 干密度的影响 三种干密度的稻草加筋盐渍土的主应力差与轴 向应变曲线及抗剪强度见图 5和表 1 a 随土的干密度增加 加筋土的峰值主应力差 逐渐增加 3 0 0 k P a和 4 0 0 k P a围压时的增量较大 b 盐渍土三轴压缩实验得到的粘聚力为 3 0 k P a 3 00 型2 1 o 0 0 凸 十 H 凸 州 轴 r n J 庖变 a 轴向应变 b 6 轴r u 心变 c 图 5 三种干密度的稻草加筋盐渍土的 主应力差一 轴向应变 F ig 5 P r in cip a l s t r e s s d iffe r e n ce v e r t ic a l s t r a in o f s a l in e s o il r e inf o r ce d wit h r ice s t r a w in t hr e e d r y de ns it ie s a 一干密度 1 6 6 g cm b 一干密度 1 7 1 g cm c一干 密度 1 7 6 g cm 表 1 三种干密度的稻草加筋盐渍土的抗剪强度 Ta bl e 1 S hea r s t r e ng t h o f s a l ine s oil r e inf or ce d wit h r ice s t r a w in t hr e e dr y de n s it ie s 内摩擦角为 1 0 随土的干密度增加 加筋土的粘聚 力增加 干密度从 1 6 6 g cm 3 变化到 1 7 l g cm3 时 粘 聚力增加了 3 0 干密度 1 7 6 g cm 和 1 7 1 g cm 的 加筋土相比 粘聚力增加 了 5 7 加筋土的内摩擦 角变化不大 增加干密度 使土颗粒与稻草的接触 面积增大 加筋土的粘聚力随之增大 稻草加筋属 于物理作用 加筋没有形成更大的土团粒 也不能 增加土颗粒 间的咬合力 因此对土的内摩擦角影响 较小 c 加筋土的干密度越大 应力应变性能的硬化 趋势就越明显 3 2 含水率的影响 三种含水率的稻草加筋盐渍土的主应力差与轴 向应变曲线及抗剪强度见图 6和表 2 矗 倒 4 0 0 日 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 l 5 0 H 1 0 0 5 O O 鱼 轴 j 变 o f a 1 轴 应变 o f b 1 轴向 变 0 c 图 6 三种含水率的稻草加筋盐渍土的主 应力差一 轴向应变 Fig 6 Pr in cip a l s t r e s s dif f e r e n c e ve r t ica l s t r a in of s a l ine s o il r e in f o r c e d wit h r ice s t r a w in t h r e e wa t e r co n t e n t s a 一含水率 2 0 b 一含水率 2 2 c一含水率 2 4 第 1 期 柴寿喜等 干密度和含水率对稻草加筋土强度与变形的影响 4 9 表 2 Ta bl e 2 三种含水率的稻草加筋盐渍土的抗剪强度 She a r s t r e ng t h of s a l ine s oil r e inf or ce d wit h r ice s t r a w in t hr e e wa t e r con t e n t s a 与含水率 2 2 的加筋土的峰值主应力差相 比 含水率 2 0 的加筋土在 1 0 0 k P a 2 0 0 k P a 3 0 0 k P a 和 4 0 0 k P a围压下的降低率分别为 5 2 5 7 6 2 和 6 1 2 4 的加筋土的降低率分别为 5 8 5 9 3 0 和 2 1 含水率 2 0 和 2 4 J I 筋土的峰值主应 力差均比 2 2 II 筋土的小很多 b 从含水率 2 2 降低到 2 0 加筋土的粘聚力 从 5 6 k P a降到 4 6 k P a 降低率为 1 8 内摩擦角从 1 2 降低到 9 内摩擦角降低率为 2 5 当含水率从 2 2 增加到 2 4 时 其粘聚力下降到 2 8 k P a 降低率 为 5 0 内摩擦角降低了 3 3 可见含水率对加筋 土的抗剪强度影响较明显 含水率对抗剪强度影响 的原理与对抗压强度影响相 同 c 随含水率的增加 加筋土的应力应变关系由 硬化型向弱硬化型转变 4结论 a 稻草加筋提高了盐渍土 的强度和抗变形能 力 筋土摩擦作用 的充分发挥使得加筋明显增强 了 盐渍土的粘聚力 由于加筋属于物理作用 没有改 变土 的结构形态 所以对土的内摩擦角影响不大 b 干密度越大 加筋土的强度越高 抗变形能 力越强 加筋土的应力应变 曲线就越显应变软化特 征 随含水率的增加 加筋土的强度和抗变形能力 均减弱 在最优含水率和最大干密度条件下 稻草 加筋盐渍土的强度和抗变形能力最优 c 加 筋土其他性 能的实验研究工作 宜在接 近 最优含水率和最大干密度 的条件下制备样品 包括 加筋土的动力学性能 C B R 回弹模量等 满足施 工设计需要且便于各种数据间的对 比分析 参考文献 1 中交第二公路勘察设计研究院 J T G D 3 0 2 0 0 4 公路路基设计 规范 S 北京 人 民交通 出版社 2 0 0 4 2 柴寿喜 杨宝珠 王晓燕 等 渤海湾西岸滨海盐渍土的盐渍 化特征分析 J 岩土力学 2 0 0 8 2 9 5 1 2 1 7 1 2 2 2 3 刘小文 常立君 耿小牧 等 含水率 干密度对红土强度影 响规律的试验研究 J 公路 2 0 0 8 1 2 1 5 4 1 5 6 4 汪明元 于嫣华 干密度对加筋膨胀土强度 与 变形特性的影响 J 水文地质工程地 质 2 0 0 9 3 6 5 4 0 4 3 5 郭菊彬 张昆 王鹰 盐渍土抗剪强度与含水量 含盐量及干 密度关系探讨 J 工程勘察 2 0 0 6 1 1 2 1 4 6 6 石茜 柴寿喜 李敏 等 潮湿环境中稻草的防腐效果及极限 拉伸性能 J 吉林大学学报 地球科学版 2 0 1 1 4 1 1 2 0 0 2 0 6 7 中华人民共和国水利部 G B T 5 0 l 2 3 1 9 9 9土工试验方法标 准 S 北京 中国计 划出版社 1 9 9 9 8 申春妮 方祥位 王和文 等 吸力 含水率和干密度对重塑 非饱和土抗剪强度影响研究 J 岩土力学 2 0 0 9 3 0 5 1 3 4 7 1 3 51 9 旦增顿珠 介玉新 魏弋峰 等 垃圾土的强度特性试验研究 J 清华大学学报 自然科学版 2 0 0 6 4 6 9 1 5 3 8 1 5 4 1 上接第 4 5页 b 徐州轨道交通规划 1号线的三种方案均通过 不稳定区和极不稳定区 其中线路 3 经过极不稳定区 的长度最大 建议从线路 1 及线路 2中选取合理的线 路方案 c 纵向的地表剩余变形较大 在某些路段超过 其控制指标 对线路稳定性的影响较大 横 向的地表 剩余移动变形相对较小 均小于其控制指标 对线路 稳定性影响不大 对于不稳定的路段 必须进行采空 区治理 以确保线路 的安全 参考文献 1 刘宝琛 张家生 廖国华 随机