高液限土固结特性分析

(福建省交通建设工程试验检测有限公司，福州 350001)

高液限土固结特性分析

■马菊英

(福建省交通建设工程试验检测有限公司，福州 350001)

本文对不同压实的饱和土样及不同含水率的非饱和土样进行固结试验，分析得出高液限土的固结特性：压实度越大，压缩系数越小，压缩模量越大。压缩指数都随压实度的增大而减小，但回弹指数随压实度的增大变化很小，总体趋势为略微增大。含水率越大，压缩系数增大。压缩指数和回弹指数都随含水率的增大而增大，但回弹指数增大的幅度小于压缩指数。

高液限土 压缩系数 压缩模量 压缩指数 回弹指数

1 引言

高液限土天然含水率大，液限高，塑性指数大，水稳定性差，土颗粒微观势能严重不平衡，极易受自然降水、地下水或地表水影响，甚至强烈从大气中吸收水分，吸水后的路基发生膨胀，密度减小，强度急剧下降，在行车荷载和土自重作用下，发生不均匀沉降、开裂、横向位移等病害。正是这种极差的水稳定性，《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)规定高液限土属特殊土质，不得直接用于路基填筑为此，这些土能否降低标准利用呢？它有什么样的固结特性？

本文采用WG-2A型侧限压缩仪(见图1)对不同压实的饱和土样及不同含水率的非饱和土样进行固结试验，试图分析高液限土的固结特性。土样来自宁德京台高速公路 K78+700、K79+550，均为高液限土。试样面积30cm2，高度2.0cm。竖向压缩历时大于24h，竖向压力分别为50、100、200、400、800kPa，加载到400kPa时分级卸载至100kPa，然后再加荷至400kPa，之后施加最后一级800kPa荷载。采用饱和试样研究压实度对固结特性的影响，试样的控制干密度对应85%、90%、93%三个压实度要求。另外，采用4个不同含水率的试样进行固结试样研究含水率对固结特性的影响。

2 压实度的影响分析

根据不同压实度要求，对两种土料进行固结试验，试样 K78+700、K79+550的最大干密度分为 1.536g/cm3、1.395g/cm3，干密度对应85%、90%、93%三个压实度。

2.1 不同压实度土样的压缩量随时间的变化

图1 WG-2A型压缩仪

以K78+700为例，不同竖向压力作用下K78+700断面三种压实度试样的竖向变形量随时间的变化过程见图2。由图可知，每级荷载作用下竖向变形都随时间逐渐增大，但增量逐渐减小，最终变形趋于稳定。加荷瞬时的变形较大，约占总变形量的70%～80%。各级压力作用下，压实度越大，竖向变形量都越小。

不同竖向压力作用下K78+700断面三种压实度试样的竖向变形量随时间对数的变化曲线见图3。由图可知，每级荷载作用下竖向变形随时间对数的变化接近直线，曲线大致呈斜率先缓、然后略微变陡，最后又变缓。各级压力作用下，不同压实度的曲线大致平行。

试验结果表明K79+550土样存在类似的规律。

2.2 不同压实度土样的压缩曲线及参数

K78+700和K79+550两个断面三种压实度试样的压缩、回弹和再压缩曲线见图4。由图可知，随着荷载的增大，孔隙比逐渐减小，e～p曲线的斜率逐渐减小，最终趋于平缓。卸载和再压缩曲线的斜率小于原始压缩曲线的斜率。各级压力作用下，压实度越大，e～p曲线的斜率越缓，孔隙比的变化量越小，竖向变形量也越小。

图2 K78+700断面三种压实度试样的竖向变形量随时间的变化过程

图3 K78+700断面三种压实度试样的竖向变形量随时间对数的变化曲线

图4 两个断面三种压实度试样的压缩曲线

通过各级压力下不同压实度试样的孔隙比、压缩系数和压缩模量，可知随着荷载的增大，孔隙比逐渐减小，压缩系数也逐渐减小，压缩模量逐渐增大。相同压力作用下，压实度越大，压缩系数越小，压缩模量越大。

压缩系数av1-2随压实度的变化曲线见图5。由图可知，压缩系数av1-2随压实度的增大呈非线性减小，曲线的斜率逐渐减小，说明随着干密度增大，压缩系数减小的幅度越来越小。K79+550断面土样的压缩系数低于K78+ 700断面土样的压缩系数，不过两个断面土样的压缩性随压实度变化的规律相同。

图5 压缩系数av1-2随压实度的变化曲线

K78+700和K79+550两个断面三种压实度试样的压缩、回弹和再压缩e～lgp曲线见图6。由图可知，随着荷载的增大，孔隙比逐渐减小。e～lgp曲线近似为直线。卸载和再压缩曲线的斜率小于原始压缩曲线的斜率。压实度越大，e～lgp曲线的斜率越缓，孔隙比的变化量越小，总竖向变形也越小。

图6 两个断面三种压实度试样的e～lg p曲线

由图6中各曲线直线段的斜率可求得土样的压缩指数，由回弹和再压缩滞回圈首尾两点的连线可求得回弹指数。压缩指数和回弹指数随压实度的变化曲线见图7。由表和图可知，两个断面土样的压缩指数都随压实度的增大而减小，但回弹指数随压实度的增大变化很小，总体趋势为略微增大。各压实度情况下，断面K78+700土样的压缩指数都大于断面K79+550土样的压缩指数；但断面K78+700土样的回弹指数稍小于断面K79+550土样的回弹指数值。

图7 压缩指数和回弹指数随压实度的变化曲线

3 含水率的影响

采用K78+700断面的土样进行不同含水率非饱和试样的固结试验，压实度采用90%。采用天然土晾晒的方法，依次降低含水率，在32.0%、28.3%、25.8%、23.6%四个不同含水率下进行三轴试验。

3.1 不同含水率土样的压缩量随时间的变化

不同竖向压力作用下K78+700断面四种含水率试样的竖向变形量随时间的变化见图8。由图可知，每级荷载作用下竖向变形都随时间逐渐增大，但增量逐渐减小，最终变形趋于稳定。加荷瞬时的变形较大，约占总变形量的70%～80%。各级压力作用下，含水率越大，竖向变形量都越大。

不同竖向压力作用下K78+700断面三种压实度试样的竖向变形量随时间对数的变化曲线见图9。由图可知，每级荷载作用下竖向变形随时间对数的变化接近直线，曲线大致呈斜率先较缓、然后略微变陡，最后又变缓的规律，但首段未出现明显的抛物线段。各级压力作用下，不同含水率试样的曲线大致平行。

图8 K78+700断面四种含水率试样的竖向变形随时间的变化

图9 K78+700断面四种含水率试样的竖向变形量随时间对数的变化曲线

3.2 不同含水率土样的压缩曲线及参数

K78+700断面四种含水率试样的压缩、回弹和再压缩曲线见图10。由图可知，随着荷载的增大，孔隙比逐渐减小，e～p曲线的斜率逐渐减小，最终趋于平缓。卸载和再压缩曲线的斜率小于原始压缩曲线的斜率。各级压力作用下，含水率越大，e～p曲线的斜率越陡，孔隙比的变化量越大，竖向变形量也越大。

图10 K78+700断面四种含水率试样的压缩曲线

由各级压力下不同含水率试样的孔隙比、压缩系数和压缩模量可知，随着荷载的增大，孔隙比逐渐减小，压缩系数也逐渐减小，压缩模量逐渐增大。相同压力作用下，含水率越大，压缩系数越大，压缩模量越小。

压缩系数av1-2随含水率的变化曲线见图11。由图可知，压缩系数av1-2随含水率的增大呈非线性增大，当含水率低于26%时，曲线的斜率很小；当含水率大于26%时，压缩系数随含水率的增大呈线性增大。说明随着含水率增大，压缩系数增大的幅度变大。

图11 压缩系数av1-2随含水率的变化曲线

K78+700断面四种含水率试样的压缩、回弹和再压缩e～lgp曲线见图12。由图可知，随着荷载的增大，孔隙比逐渐减小。e～lgp曲线近似为直线。卸载和再压缩曲线的斜率小于原始压缩曲线的斜率。含水率越大，e～lgp曲线的斜率越陡，孔隙比的变化量越大，总竖向变形也越大。

图12 78+700断面四种含水率试样的e～lg p曲线

由图12中各曲线直线段的斜率可求得土样的压缩指数，由回弹和再压缩滞回圈首尾两点的连线可求得回弹指数。压缩指数和回弹指数随含水率的变化曲线见图13。由图可知，不同含水率土样的压缩指数和回弹指数都随含水率的增大而增大，但回弹指数增大的幅度小于压缩指数。

图13 压缩指数和回弹指数随含水率的变化曲线

4 结语

固结试验及回弹试验结果表明，压实度越大，压缩系数越小，压缩模量越大。压缩指数都随压实度的增大而减小，但回弹指数随压实度的增大变化很小，总体趋势为略微增大。含水率越大，压缩系数增大。压缩指数和回弹指数都随含水率的增大而增大，但回弹指数增大的幅度小于压缩指数。

[1]交通部公路科学研究院.JTG E40-2007，公路土工试验规程[S].北京:人民交通出版社,2007.

[2]中华人民共和国水利部.GB/T 50123-1999，土工试验方法标准[S].北京:中国计划出版社,1999.