含砂率对膨润土改性黄土渗透性和强度的影响

张 鹏 郄玥颖 杨瑞雪 赫 斌 康 龙 马芊菂

（宁夏大学土木与水利工程学院， 宁夏 银川 750021）

含砂率对膨润土改性黄土渗透性和强度的影响

张 鹏 郄玥颖 杨瑞雪 赫 斌 康 龙 马芊菂

（宁夏大学土木与水利工程学院， 宁夏 银川 750021）

结合宁夏次生黄土的含砂特点，试验研究了含砂率对膨润土改性黄土渗透性和强度的作用规律。结果表明：膨润土改性黄土渗透性随时间的增加呈先减小后增大的趋势，24h后基本达到稳定。随含砂率的增大，试样的渗透系数和摩擦角增大，粘聚力减小，含砂率增大，对试样的强度和抗渗不利。含砂砂黄土用作垫层材料，砂砾应筛除。

膨润土；黄土；含砂率；渗透性；强度指标

黄土在宁夏分布很广，东西南贯穿大半个宁夏。黄土地基防渗是防治黄土湿陷和渗透破坏的重要措施。次生黄土含有砂砾，渗透性较原生黄土增大[1]。膨润土掺入土中可显著改善土的抗渗性[2-3]。粗粒土含量小于某一值时，土的摩擦角受粗粒土含量影响很小，对凝聚力有一定的影响[4]。因此开展含砂率对膨润土改性黄土渗透性及强度的影响研究，对含砂黄土地基工程的设计和施工具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 材料与处理

膨润土市售，主要化学成分为SiO2、Na2O、CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO和SO3。膨润土比表面积21.3m /g。

黄土取自宁夏同心，密度ρ=1.56g/cm3，含水率w =12.2%，土粒比重ds=2.72，塑限wp=15.0%，液限wl=27.2%，塑性指数Ip=12.2，最大干密度ρdmax=1.72g/cm3，最优含水率wopt=16.0%。粒径分布见图1，主要为0.075mm～0.005mm的粉粒。

砂土，从黄土中分离出来，粒径分布如图 2所示。砂土的颗粒较粗，约占黄土质量的12～35%。

图1 黄土的粒径分布Fig.1 Particle size distribution of loess

图2 砂土的粒径分布Fig.2 Particle size distribution of sand

1.2 试验方法

固定压实度为0.94、膨润土掺量为9%、含水率为12%，含砂率取0%、15%、20%、25%、30%。按实验方案称取砂土，膨润土和黄土拌均，然后再加水拌均。渗透试样每组制备 2个，真空抽气法饱和后，采用变水头法测定渗透系数。强度试样每组制备4个，采用快剪试验方法用电动直剪仪测定试样的粘聚力和摩擦角。

2 结果与分析

2.1 渗透性

从图3可以看出试样的渗透系数在3h内，随时间的增加而减小，3h后随时间的增加而增大，h后基本达到稳定；随含砂率的增大呈非线性增大。随着时间的增加，一方面膨润土继续吸水膨胀，使土中孔隙减小；另一方面黄土中的可溶盐离解的高价阳离子与膨润土内的低价阳离子交换，膨润土的吸水膨胀性减小[5]，以及盐的溶滤，使土中孔隙增大。渗透系数随时间的规律是这两方面矛盾相互作用的结果。

2.2 强度特性

从图 4可以看出，随含砂率的增大，试样的粘聚力非线性减小，摩擦角大逐渐增大。含砂率由0增加到30%，粘聚力减小了约14kPa，摩擦角增加不到1.0°。含砂率对粘聚力的影响较对摩擦角的影响大。砂土含量较黄土少许多，砂粒悬浮在黄土中不能形成骨架，试样的强度主要由黄土土粒控制，摩擦角增加不大。总的来说，含砂率增大，对强度不利。

图3 渗透系数变化曲线Fig.3 Variation curves of permeability coefficient

图4 强度指标与含砂率的关系Fig.4 Relationship between strength index and sand content

3 结论

在试验研究条件下，得出如下主要结论：

(1)试样的渗透系数随时间的增加呈先减小后增大的趋势，24h后基本达到稳定。

(2)随含砂率的增大，试样的渗透系数和摩擦角增大，粘聚力减小。含砂率增大，对试样的强度和抗渗不利，建议将砂砾筛除。

[1]程满金,步丰湖,王俊英,等.膨润土防水毯新材料在衬砌渠道中的应用研究[J].节水灌溉,2010,(5)：46-49.

[2]崔自治,彭博,崔永成,王宝涛,蒋喆,张群.膨润土改善土壤抗渗性试验研究[J].节水灌溉,2010,(11)：48-50.

[3]崔自治,张群,彭博,崔永成,李媛媛.膨润土与黏性土复合改善砂土抗渗性研究[J].节水灌溉,2010,(12)：60-63.

[4]杨松,程勇俊,吴珺华,等.粗粒土粒径变化对强度和压缩特性的影响[J].云南农业大学学报,2014,29 ( 4)：562-565.

[5]周春生,柴建华,史海滨,等.水质对膨润土防水毯防渗效果影响研究[J].节水灌溉,2006,(6)：27-30.

TU502

A

1007-6344（2017）09-0294-01

国家大学生创新训练项目(201610749025）

张鹏(1993-)，男，河北张家口人，研究生，研究方向：岩土工程