木屑混合粘土抗剪强度试验研究

白 德 贵

(重庆市勘测院，重庆 400020)

木屑混合粘土抗剪强度试验研究

白 德 贵

(重庆市勘测院，重庆 400020)

通过固结不排水剪切三轴试验，研究了木屑混合粘土与原状土、重塑土抗剪强度的差异性，分析了木屑、结构性及固结时间对粘土抗剪强度的影响，同时研究了不同木屑含量下粘土抗剪强度的不同，得出了一些有价值的结论。

木屑，结构性，固结时间，抗剪强度

纵观建筑发展史，木材因其结构上的性能和美学上的价值而得到广泛使用，留下了许多不朽之作；从过去的小木屋到现在的多层木构建筑，木材都是最主要的建筑材料之一[1]，但是随着现代建筑技术发展以及结构强度要求的提高，木材作为传统的建筑结构材料在现代建筑中逐渐丧失了主流地位，取而代之的是钢材与混凝土。现在木材成为了用途最为广泛的室内装饰材料，然而木屑作为木材使用过程中的残留物，最直接和常见的处理方法是当作垃圾直接处理。木材具有强重比高的特点，是一种质轻而强度高的材料，周志强在1959年试制成功了一种具有良好的隔热性能，容重轻，成本低廉的粘土木屑轻砖[2]，姚启均在1989年对苏联乌克兰水刊经济工程师学院制作的绝缘材料——木屑混凝土作了介绍和说明[3]。上述研究表明一定量的木屑与粘土或者混凝土混合作为混合材料，能够有效增强混合材料的强度，并降低其容重。软粘土多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地区，由于其具有低强度、高压缩性、低渗透性、高灵敏度等特点，在工程应用中需要将软粘土地基进行处理。常用的地基处理方法有预压法、置换法、搅拌法等。本文将木屑与粘土混合制成木屑混合粘土，进行木屑混合粘土的固结不排水剪切试验，并与重塑土、原状土的试验结果进行对比分析，并研究了木屑含量对混合粘土抗剪强度的影响。

1 试验概况

试验主要研究木屑混合粘土的抗剪强度，并考虑结构性及固结时间对粘土抗剪强度的影响，对比研究了木屑混合粘土与原状粘土、重塑粘土抗剪强度的差异。同时研究了不同木屑含量对木屑混合粘土抗剪强度的影响。具体试验工况见表1，表1中混合土1、混合土2、混合土3、混合土4分别表示不同木屑混合粘土的木屑质量百分含量3%，5%，10%，15%。

表1 试验工况

试验土样取自重庆某工程场地，取土深度约20 m，通过前期的调查及勘查资料确定，该层粘土土性均质，不含砂砾、砂土等砂性土，比较符合本次试验的取土要求。为了尽可能地保持土体的原状性，试样采用薄壁取土器小心取自粘土层，并最终经过常规试验得到土样物理指标见表2；重塑土样采取两头击实法进行制样[4]；木屑混合粘土的制样，首先将粘土烘干粉碎，加入一定量水与木屑充分搅拌混合至均匀，最后采取两头击实法进行制样。

表2 粘土物理指标

采用上述方法制样完成后，首先采用抽气饱和法对试样进行饱和，充分饱和后，将试样装到三轴压力室内，并采用反压饱和法对试验进行饱和，直到B值达到0.95以上，饱和完成；在预定压力下进行固结，按照CU试验的要求，每组试验至少需要3个固结压力，本次试验分别采用100 kPa，200 kPa，300 kPa的固结压力对试验进行固结；固结至预定时间，按照规范要求采用0.75%/min左右的剪切速率对试样进行剪切，剪切过程中当出现峰值后，再继续剪切3%～5%左右；若没有明显峰值出现，试验的最大轴向应变达到20%时，试验终止。

2 试验结果

通过固结不排水剪切三轴试验可以得到表示粘土抗剪强度的指标粘聚力C和内摩擦角φ，图1给出了部分工况下得到固结不排水强度包线，从图中可以看出试验结果良好，能够非常理想的表示出该工况下粘土的C，φ值。鉴于在大部分情况下C，φ值所表现出来的抗剪强度变化规律具有一致性，本文将只给出不同工况下粘聚力C的变化。

图2给出了不同土类的粘聚力C值随着固结时间的变化曲线，从图中我们可以明确发现如下规律：

1)固结时间对三类土的抗剪强度有明显影响，随着固结时间的增长，土的抗剪强度逐渐增大，同时随着固结时间的增长，抗剪强度增大的速率也逐渐减小，最终趋于稳定。2)比较原状土和重塑土的抗剪强度可以发现，原状土的抗剪强度始终大于重塑土的抗剪强度，这表明粘土的结构性对抗剪强度有比较明显的影响；同时随着固结时间的延长，重塑土与原状土抗剪强度的差异性逐渐减小，说明固结时间可以有效的降低结构性对粘土强度的影响。3)比较重塑土与混合土1可以发现，混合土1的抗剪强度明显大于重塑土的抗剪强度，表明木屑混合到粘土中对粘土的抗剪强度特性具有明显的影响，混合土1这种木屑含量可以显著增大粘土的抗剪强度；比较原状土与混合土1的抗剪强度随时间的发展曲线可以发现，在固结时间12 h，原状土的抗剪强度大于混合土1的抗剪强度，而固结时间24 h，48 h，混合土1的抗剪强度大于原状土的抗剪强度，造成这种前后差异性的原因是，影响原状土与混合土抗剪强度的因素有结构性和木屑两种，结构性的存在可以增大原状土的抗剪强度，木屑的存在同样可以增大混合土1的抗剪强度，固结时间较短时，结构性对两者的强度起主导因素，但随着固结时间增大，导致结构性影响降低，从而木屑又在粘土的强度中起关键性作用。由于木屑与粘土是物理力学特性截然不同的两种材料，因此两者所组成的混合土的强度必然受到两者共同作用的影响，粘土中木屑的含量多少势必会影响混合土的抗剪强度，图3给出了不同木屑含量的粘聚力C，从图中可以发现，随着木屑含量的增大，混合土抗剪强度的变化呈现出上凸曲线的形状，木屑含量少于10%时，随着木屑含量的增大，混合土的抗剪强度逐渐增大，木屑含量超过10%时，混合土的抗剪强度随着木屑含量的增大急剧降低。造成这种现象的原因是在木屑含量较小时，木屑作为混合土的骨架作用可以明显增大混合土的强度，但是随着木屑含量的增大，木屑与粘土之间的粘结作用会降低，这就造成了混合土强度的降低。通过上述分析，木屑的存在可以明显影响粘土的抗剪强度，但是由于木屑本身物理力学性质的特殊性，不同木屑含量对粘土的强度产生截然不同的影响效果，木屑含量较小时，木屑可以增大粘土的抗剪强度，而木屑含量过大，粘土的抗剪强度会降低，因此木屑混合粘土具有一定的工程应用前景，需要进一步研究木屑与粘土共同作用机理。

3 结语

通过CU试验研究了木屑混合粘土与原状土及重塑土抗剪强度差异性，得到如下结论：

1)结构性及固结时间显著影响粘土的抗剪强度，固结时间的增加可以逐渐降低结构性对粘土抗剪强度的影响。

2)木屑混合粘土与原状土及重塑土的抗剪强度有明显差异性，原因主要归结为木屑作为骨架作用对粘土的强度有显著影响，而且不同木屑含量对混合土的强度影响不同，随着木屑含量的增加，混合土抗剪强度呈现出上凸曲线的形式，具体作用机理还需进一步研究分析。

[1] 黎 姣.木材在中国当代建筑中的应用[D].上海:同济大学,2008.

[2] 周志强.粘土木屑轻砖[J].中国建材,1960(6):31.

[3] 姚启均.用亚麻杆碎屑制作木屑混凝土[J].砖瓦世界,1989(12):3.

[4] 郑剑锋，马 巍，赵淑萍，等.重塑土室内制样技术对比研究[J].冰川冻土,2008,30(3):494-500.

Research on shearing stiffness tests of sawdust with clay

BAI De-gui

(ChongqingSurveyInstitute,Chongqing400020,China)

According to the consolidation undrained triaxial shear test, the paper researches the differences among the sawdust with clay, undisturbed soil and remoulded soil in shearing stiffness, analyzes the influence of the sawdust, the structure and consolidation time on clay’s shearing stiffness, indicates the sawdust with various volumes will lead to different clay shearing stiffness, and achieves some valuable conclusion.

sawdust, structural property, consolidation time, shearing stiffness

1009-6825(2014)03-0101-02

2013-11-05

白德贵(1981- )，男，硕士，工程师

TU459.2

A